โลหะหนักในน้ำ มลพิษทางน้ำเสียด้วยโลหะหนักและเกลือ แหล่งที่มาของมลพิษทางน้ำด้วยโลหะหนัก

องค์ประกอบและคุณสมบัติของน้ำผิวดินมีลักษณะเป็นตัวบ่งชี้ต่อไปนี้: อัตราส่วนของสารที่มีอยู่ในเศษส่วนแขวนลอยและละลายได้อย่างแท้จริง, การทำให้เป็นแร่รวมของน้ำ, การนำไฟฟ้า, องค์ประกอบไอออนิก, ระดับ pH การมีอยู่ของสารในสถานะของแข็งมีความสำคัญมากเนื่องจากก่อให้เกิดตะกอนด้านล่าง

อัตราส่วนของสารเคมีในสถานะละลายและแขวนลอยขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสารและรูปแบบของการเข้ามาของสารจากแหล่งธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้น การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในองค์ประกอบของน้ำจะแสดงออกมาอย่างชัดเจนยิ่งขึ้นในองค์ประกอบของตะกอนด้านล่างและคงอยู่นานกว่า บ่อยครั้งที่ปัจจัยทางเทคโนโลยีส่วนบุคคลไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในองค์ประกอบของสารละลายที่แท้จริง ในขณะที่ทั้งระดับ pH และองค์ประกอบไอออนิกไม่แสดงการรบกวนจากมนุษย์ และการเปลี่ยนแปลงในท้องถิ่นในองค์ประกอบของตะกอนด้านล่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานที่ที่น้ำถูกระบายออกจาก adits และกากแร่ บ่งบอกถึงขอบเขตของระบบมลพิษทางน้ำ

มีการศึกษาองค์ประกอบของน้ำผิวดินในภูมิประเทศทางธรรมชาติอย่างละเอียดถี่ถ้วน น่านน้ำทางยุโรปของรัสเซียมีความเป็นกลางคือไฮโดรคาร์บอเนต-แคลเซียม มีแร่ธาตุน้อย มีเกลือ 200-400 มก./ลิตร องค์ประกอบของน้ำเป็นแบบไดนามิก

องค์ประกอบของน้ำเปลี่ยนแปลงไปภายใต้อิทธิพลของภาระของมนุษย์ มลพิษเข้าสู่ผิวน้ำผ่านการปล่อย (ของเหลวและก๊าซ) ของเสียจากอุตสาหกรรมและของเสียจากชุมชน การขนส่งสารที่เป็นผลจากการพังทลายของน้ำ การไหลด้านข้าง และการอพยพในดิน น้ำบาดาลยังสามารถปนเปื้อนได้จากการฝังมลพิษใต้ดิน

ภายใต้อิทธิพลของภาระทางเทคโนโลยี ประการแรกองค์ประกอบของสารแขวนลอยจะเปลี่ยนไปและสัดส่วนของสารในองค์ประกอบของสารแขวนลอยจะเพิ่มขึ้น ผลจากการย้ายถิ่นเชิงกล อัตราส่วนระหว่างองค์ประกอบหินและสารมลพิษในสารแขวนลอยเปลี่ยนแปลงไปในทางที่ดี ตัวอย่างเช่น ภายใต้เงื่อนไขพื้นหลัง อัตราส่วน Me ในสารละลาย/Me ในสารแขวนลอยคือ 12-26 สำหรับ Zn, 2-4 สำหรับ Cu, 0.3-3 สำหรับ Mn ในโซนเทคโนโลยี โลหะจะมีความเข้มข้นในสารแขวนลอย (กล่าวคือ อัตราส่วนนี้มี ลดลงจนเหลือค่า< 1).

เนื่องจากการสะสมทางเทคนิคในตะกอนด้านล่าง อาจทำให้เกิดความผิดปกติทางธรณีเคมีทางเทคโนโลยีได้ ระดับของการสะสมขององค์ประกอบทางเคมีในพวกมันเพิ่มขึ้นรายการของพวกมันขยายออกไปเมื่อเปรียบเทียบกับองค์ประกอบตามธรรมชาติองค์ประกอบของการเชื่อมโยงของพาราเจเนติกส์แสดงให้เห็นถึงความคล้ายคลึงที่เพิ่มขึ้นกับองค์ประกอบที่เต็มไปด้วยฝุ่นของการปล่อยก๊าซ

ภายใต้อิทธิพลของมลภาวะ องค์ประกอบของเศษส่วนที่ละลายจะเปลี่ยนไป การทำให้เป็นแร่ของน้ำเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของน้ำสัมพันธ์กับแหล่งกำเนิดมลพิษ น้ำผิวดินในเมืองมักจะกร่อยโดยมีความเข้มข้นของเกลือสูงถึง 1 กรัม/ลิตรหรือมากกว่า องค์ประกอบของน้ำไฮโดรคาร์บอเนตจะเปลี่ยนในเขตเทคโนโลยีเป็นไฮโดรคาร์บอเนต-ซัลเฟต และในเมืองต่างๆ แม้กระทั่งโซเดียมคลอไรด์ ปริมาณซัลเฟตและฟอสเฟตเพิ่มขึ้นหลายสิบหรือหลายร้อยเท่า ของเสียที่เป็นของเหลวจากการผลิตเหล็กจะเปลี่ยนองค์ประกอบของน้ำเป็นแคลเซียมคลอไรด์

น้ำผิวดินที่ปนเปื้อนสามารถชำระล้างตัวเองได้ การทำน้ำเสียให้บริสุทธิ์ในตัวเองส่วนใหญ่เกิดจากการกำจัดน้ำเสียออกในรูปของสารแขวนลอย อัตราส่วนของอนุภาคโลหะที่มีความจุแปรผันในน้ำสามารถเปลี่ยนแปลงได้ภายใต้อิทธิพลของการออกซิเดชันของไอออนโลหะโดยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ซึ่งมีอยู่ในน้ำอย่างต่อเนื่องในปริมาณที่แตกต่างกัน ตะกอนด้านล่างของแหล่งน้ำผิวดินทำหน้าที่เป็นตัวรับของเสียทางอุตสาหกรรมและเกษตรกรรมที่มาพร้อมกับน้ำเสีย เป็นจุดเชื่อมโยงสุดท้ายในการถ่ายเทสารออกจากพื้นที่ระบายน้ำและการสะสมของสารเหล่านี้กับตะกอนก้นแม่น้ำ ในกรณีที่เกิดการปนเปื้อนในดินแดนเหล่านี้ จะเกิดความผิดปกติทางธรณีเคมีเชิงเทคโนโลยีเฉพาะขึ้นในตะกอนด้านล่าง ด้วยเหตุนี้ จึงมักใช้เพื่อระบุองค์ประกอบ ความรุนแรง และขนาดของมลพิษทางเทคโนโลยี

ความผิดปกติทางธรณีเคมีทางเทคนิคของแม่น้ำที่มีมลพิษมีความแตกต่างกันในองค์ประกอบหลายองค์ประกอบ ความสม่ำเสมอได้รับการระบุในการก่อตัวขององค์ประกอบของการเชื่อมโยงธรณีเคมีและความเข้มข้นขององค์ประกอบทางเคมีในตะกอนด้านล่างของแม่น้ำที่สัมผัสกับของเสียจากกิจกรรมอุตสาหกรรมประเภทต่างๆ (ญานิน, 2002)

ในตะกอนด้านล่างของพื้นที่เหมืองแร่ พบว่ามีความผิดปกติทางธรณีเคมีที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งแตกต่างไปจากสิ่งที่คล้ายคลึงกันตามธรรมชาติ บ่อยครั้งที่ความเข้มข้นของธาตุรองในตะกอนด้านล่างจะสูงกว่าส่วนประกอบหลักของแร่ที่ขุดได้ มันเติบโตในซีรีส์: การสำรวจ - การขุด - การใช้ประโยชน์ - การแปรรูปแร่ มลพิษจะเข้าสู่ตะกอนด้านล่างด้วยการปล่อยละอองลอยจากกองหินและจากหางแร่ ซึ่งส่งผลต่อองค์ประกอบของน้ำที่ไหลบ่าบนพื้นผิวในอาณาเขตของศูนย์เหมืองแร่ ระดับขององค์ประกอบทางเคมีหลายชนิดในตะกอนเทคโนโลยีไม่ได้ด้อยกว่าปริมาณที่เป็นแร่ ขอบเขตของความผิดปกติทางธรณีเคมีที่มนุษย์สร้างขึ้นกำลังเพิ่มขึ้นอย่างมาก หากวัดความยาวของความผิดปกติทางธรณีวิทยาธรรมชาติ (กระแสการกระจายตัวของแร่) ในช่วงหลายร้อยเมตรแรก ความยาวของกระแสการกระจายตัวที่มนุษย์สร้างขึ้นจะสูงถึงหลายสิบกิโลเมตร ระดับการสะสมขององค์ประกอบในตะกอนก้นแม่น้ำจะสูงเป็นพิเศษโดยต่ำกว่าการไหลเข้าของน้ำเสียจากหางแร่ ตัวอย่างเช่นในเขตอิทธิพลของโรงงานขุดและแปรรูปโมลิบดีนัม - ทังสเตนในนอร์ทออสซีเชียองค์ประกอบชั้นนำในสมาคมธรณีเคมีในตะกอนด้านล่างคือ Mo และ W; ในเขตอิทธิพลของการดำเนินการขุดการมีส่วนร่วมของ Sn Pb, V, Ga มีความสำคัญ พร้อมด้วย Bi และ Sb

อิทธิพลของการทำงานของกลุ่มอุตสาหกรรมและเมืองที่มีต่อตะกอนด้านล่างของแม่น้ำในภูมิภาคนี้ก่อตั้งขึ้นโดย E. P. Yanin (2002) โดยใช้ตัวอย่างของแม่น้ำและลำธารของภูมิภาคมอสโก ธาตุ Chalcophile ที่มีคลาร์กต่ำและความเป็นพิษสูง (Hg, Ag, Cd, Sn, Bi, W, Mo, Pb, Zn, Cu, Ni) สะสมอย่างหนาแน่นที่สุดในตะกอนด้านล่างของภูมิภาค ระดับเนื้อหาในตะกอนด้านล่างคือ 2 -3 ลำดับความสำคัญสูงกว่าระดับพื้นหลัง โดยทั่วไป พารามิเตอร์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของมลพิษจากตะกอนจะขึ้นอยู่กับโครงสร้างพื้นฐานทางอุตสาหกรรมของการตั้งถิ่นฐานมากกว่าขนาด ตามกฎแล้ว ความผิดปกติที่รุนแรงที่สุดในด้านพลังงานและองค์ประกอบที่ซับซ้อนเป็นเรื่องปกติสำหรับองค์กรที่ใช้กระบวนการทางกายภาพและเคมีต่างๆ ในวงจรเทคโนโลยีที่ผลิตและแปรรูปโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก

ในพื้นที่เกษตรกรรม องค์ประกอบของการเชื่อมโยงธรณีเคมีของตะกอนด้านล่างถูกกำหนดโดยการใช้ที่ดินเฉพาะในพื้นที่ระบายน้ำ สิ่งที่สำคัญเป็นพิเศษคือการใช้ปุ๋ยอินทรีย์และแร่ธาตุ การไหลของน้ำเสียและของเสียจากสัตว์ สำหรับองค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่ที่กระจุกตัวอยู่ในตะกอนด้านล่าง ระดับ Kc อยู่ที่ 1.5-7 ซึ่งเป็นเรื่องปกติ สำหรับโซนที่ได้รับผลกระทบจากกลุ่มปศุสัตว์ การสะสมของ Hg, Ag, Zn, As, Se, P และในระดับที่น้อยกว่า Sn, Mo และ Cd ในตะกอนด้านล่างเป็นเรื่องปกติ ในเขตเกษตรกรรมและการใช้ประโยชน์ทางการเกษตรที่ซับซ้อน การสะสมที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดในตะกอนด้านล่างคือ P, Ag และบางครั้ง As, Mn, Sn, Cd ในเขตอิทธิพลของการตั้งถิ่นฐานทางการเกษตร - การสะสมของ Ag, P, น้อยกว่า Bi, Ni, Zn, Pb; ในตะกอนของแหล่งน้ำใกล้แปลงเดชา - P, Sn, Mn, Ga ในกรณีส่วนใหญ่อย่างล้นหลาม การสะสมองค์ประกอบทางเคมีในระดับสูงสุดในตะกอนด้านล่างจะสังเกตได้ในส่วนของแม่น้ำที่เสี่ยงต่อการเลี้ยงปศุสัตว์

หากคุณพบข้อผิดพลาด โปรดเน้นข้อความและคลิก Ctrl+ป้อน.

ส่งผลงานดีๆ ของคุณในฐานความรู้ได้ง่ายๆ ใช้แบบฟอร์มด้านล่าง

นักศึกษา นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ ที่ใช้ฐานความรู้ในการศึกษาและการทำงาน จะรู้สึกขอบคุณเป็นอย่างยิ่ง

โพสต์เมื่อ http://www.allbest.ru/

กระทรวงศึกษาธิการแห่งสาธารณรัฐเบลารุส

สถาบันการศึกษา

"มหาวิทยาลัย Gomel State ตั้งชื่อตาม Francis Skaryna"

คณะชีววิทยา

ภาควิชาเคมี

โครงการหลักสูตร

ในหัวข้อ: ปัญหามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมด้วยโลหะหนัก

นักเรียนกลุ่ม BI-21 Chembergenova G.R.

โกเมล 2015

สารบัญกนี

การแนะนำ

โลหะหนักในชีวมณฑล

โลหะหนักที่เป็นสารพิษในแหล่งน้ำธรรมชาติ

โลหะหนักในดิน

ผลของโลหะหนักต่อต้นทุนจุลินทรีย์ในดิน

โลหะหนักในพืช

การทำให้แหล่งน้ำบริสุทธิ์จากโลหะอัลคาไลและโลหะหนักโดยใช้พืชน้ำที่สูงขึ้น

บทสรุป

การแนะนำ

ในบรรดาโลหะหนัก บางชนิดมีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ และอยู่ในองค์ประกอบที่เรียกว่าองค์ประกอบทางชีวภาพ บางชนิดก็ทำให้เกิดผลตรงกันข้าม และเมื่อพวกมันเข้าไปในสิ่งมีชีวิต ก็จะทำให้เป็นพิษหรือเสียชีวิตได้ โลหะเหล่านี้จัดอยู่ในกลุ่มซีโนไบโอติกส์ ซึ่งก็คือมนุษย์ต่างดาวสำหรับสิ่งมีชีวิต ผู้เชี่ยวชาญด้านการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมได้ระบุกลุ่มลำดับความสำคัญในหมู่โลหะที่เป็นพิษ ประกอบด้วยแคดเมียม ทองแดง สารหนู นิกเกิล ปรอท ตะกั่ว สังกะสี และโครเมียม ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และสัตว์มากที่สุด ในจำนวนนี้ปรอท ตะกั่ว และแคดเมียมเป็นพิษมากที่สุด

แหล่งกำเนิดมลพิษที่เป็นไปได้ของชีวมณฑลที่มีโลหะหนัก ได้แก่ สถานประกอบการด้านโลหะวิทยาที่มีเหล็กและอโลหะ (การปล่อยละอองลอยที่ก่อให้เกิดมลพิษในบรรยากาศ น้ำทิ้งทางอุตสาหกรรมที่ก่อให้เกิดมลพิษต่อน้ำผิวดิน) วิศวกรรมเครื่องกล (อ่างชุบของการชุบทองแดง การชุบนิกเกิล การชุบโครเมี่ยม การชุบแคดเมียม) โรงงานแปรรูปแบตเตอรี่ และการขนส่งรถยนต์

แม้ว่าตามที่กล่าวไว้ข้างต้น การเข้ามาของโลหะที่เป็นพิษสามารถเกิดขึ้นได้จากการถ่ายโอนละอองลอย แต่ส่วนใหญ่จะแทรกซึมเข้าไปในสิ่งมีชีวิตผ่านทางน้ำ เมื่ออยู่ในร่างกาย โลหะที่เป็นพิษส่วนใหญ่มักจะไม่ได้รับการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญใด ๆ เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับสารพิษอินทรีย์ และเมื่อเข้าสู่วงจรทางชีวเคมี พวกมันจะปล่อยมันไว้ช้ามาก

เพื่อตรวจสอบคุณภาพของน้ำผิวดิน จึงมีการสร้างบริการสังเกตการณ์ทางน้ำทางชีวภาพต่างๆ พวกเขาติดตามสถานะของมลพิษของระบบนิเวศทางน้ำภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลของมนุษย์ เนื่องจากระบบนิเวศดังกล่าวมีทั้งสภาพแวดล้อม (น้ำ) และส่วนประกอบอื่น ๆ (ตะกอนด้านล่างและสิ่งมีชีวิต - ไฮโดรไบโอออน) ข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายตัวของโลหะหนักระหว่างองค์ประกอบแต่ละส่วนของระบบนิเวศจึงมีความสำคัญมาก ข้อมูลที่เชื่อถือได้ในกรณีนี้สามารถรับได้โดยใช้วิธีการวิเคราะห์เคมีสมัยใหม่ซึ่งทำให้สามารถระบุเนื้อหาของโลหะหนักที่ระดับความเข้มข้นพื้นหลังได้

ควรสังเกตว่าความก้าวหน้าในการพัฒนาวิธีการวิเคราะห์ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาระดับโลกได้ เช่น การระบุแหล่งที่มาหลักของมลพิษในชีวมณฑล การสร้างพลวัตของมลพิษและการเปลี่ยนแปลงของมลพิษ การถ่ายโอนและการอพยพ ในขณะเดียวกัน โลหะหนักก็ถูกจัดประเภทเป็นหนึ่งในวัตถุที่สำคัญที่สุดในการวิเคราะห์ เนื่องจากเนื้อหาในวัสดุธรรมชาติอาจแตกต่างกันอย่างมาก วิธีการพิจารณาจึงต้องมีวิธีแก้ไขปัญหา จากความพยายามของนักวิทยาศาสตร์วิเคราะห์ในหลายประเทศ จึงมีการพัฒนาวิธีการที่ทำให้สามารถตรวจวัดโลหะหนักที่ระดับ femtogram (10-15 กรัม) หรือเมื่อมีอะตอม (!) หนึ่งอะตอมในปริมาตรตัวอย่างที่วิเคราะห์ เช่น นิกเกิลในเซลล์ที่มีชีวิต

ไม่เพียงแต่นักเคมีวิเคราะห์ นักชีววิทยา และนักนิเวศวิทยา (กิจกรรมของพวกเขามักจะเกี่ยวข้องกับปัญหานี้) กำลังแสดงความสนใจอย่างมืออาชีพในปัญหาที่ซับซ้อนและหลากหลายแง่มุมที่แสดงโดยมลพิษทางเคมีของสิ่งแวดล้อมที่มีโลหะหนัก และครอบคลุมสาขาวิชาต่างๆ และได้กลายเป็นสหวิทยาการอิสระแล้ว สาขาวิชาความรู้ แต่ยังรวมถึงแพทย์ด้วย กระแสข้อมูลทางวิทยาศาสตร์และวิทยาศาสตร์ยอดนิยมตลอดจนในสื่อต่างๆ มีเนื้อหาเกี่ยวกับอิทธิพลของโลหะหนักที่มีต่อสุขภาพของมนุษย์เพิ่มมากขึ้น ดังนั้นในสหรัฐอเมริกาจึงให้ความสนใจกับการแสดงอาการก้าวร้าวในเด็กเนื่องจากมีสารตะกั่วในร่างกายเพิ่มขึ้น ในภูมิภาคอื่นๆ ของโลก จำนวนอาชญากรรมและการฆ่าตัวตายที่เพิ่มขึ้นก็สัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของสารพิษเหล่านี้ในสิ่งแวดล้อมด้วย เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะหารือเกี่ยวกับประเด็นทางเคมีและเคมีสิ่งแวดล้อมบางประการเกี่ยวกับปัญหาการกระจายตัวของโลหะหนักในสิ่งแวดล้อม

โลหะหนักในชีวมณฑล

โลหะหนักประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีมากกว่า 40 ชนิดในตารางธาตุซึ่งมีมวลอะตอมมากกว่า 50 แอม e.m. บางครั้งโลหะหนักเป็นธาตุที่มีความหนาแน่นมากกว่า 7 - 8,000 กิโลกรัม/ลบ.ม. (ยกเว้นโลหะมีตระกูลและหายาก) กลุ่มขององค์ประกอบที่เรียกว่า TM มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างแข็งขันในกระบวนการทางชีววิทยา โดยส่วนใหญ่เป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์ ชุดของโลหะหนักส่วนใหญ่เกิดขึ้นพร้อมกับรายการองค์ประกอบย่อย องค์ประกอบจุลภาคส่วนใหญ่ทำหน้าที่ของผู้ริเริ่มและตัวกระตุ้นกระบวนการทางชีวเคมีในสิ่งมีชีวิต

พื้นที่ที่ความเข้มข้นขององค์ประกอบทางเคมีด้วยเหตุผลทางธรรมชาติสูงหรือต่ำกว่าระดับพื้นหลังเรียกว่าจังหวัดทางชีวเคมี การก่อตัวของจังหวัดทางชีวเคมีนั้นเกิดจากลักษณะของหินที่ก่อตัวเป็นดิน กระบวนการสร้างดิน และการมีอยู่ของแร่ที่ผิดปกติ เมื่อชีวมณฑลถูกปนเปื้อน จะเกิดความผิดปกติทางเทคโนโลยีซึ่งเนื้อหาขององค์ประกอบเกินระดับพื้นหลัง 10 เท่าหรือมากกว่านั้น

โลหะหนัก ได้แก่ โครเมียม แมงกานีส เหล็ก โคบอลต์ นิกเกิล ทองแดง สังกะสี แกลเลียม เจอร์เมเนียม โมลิบดีนัม แคดเมียม ดีบุก พลวง เทลลูเรียม ทังสเตน ปรอท แทลเลียม ตะกั่ว บิสมัท แหล่งที่มาตามธรรมชาติหลักของโลหะหนักคือหิน (หินอัคนีและตะกอน) และแร่ธาตุที่ก่อตัวเป็นหิน แร่ธาตุหลายชนิดในรูปของอนุภาคที่มีการกระจายตัวสูงถูกรวมเข้าไว้เป็นสิ่งเจือปนในระดับจุลภาคในมวลของหิน ตัวอย่างเช่น แร่ไทเทเนียม (brookite, ilmenite) แร่ธาตุที่ก่อตัวเป็นหินยังมีธาตุรองเป็นสารเจือปนแบบไอโซมอร์ฟิกในโครงสร้างของโครงตาข่ายโลหะ โดยแทนที่ธาตุขนาดใหญ่ที่มีขนาดรัศมีใกล้เคียงกัน ตัวอย่างเช่น K บน Sr, Pb, B; นา - Cd, Mn, Cr, Bi; มก. - Ni, Co, Zn, Sb, Sn, Pb, Mn; เฟ - ซีดี, Mn, ซีเนียร์, บี

ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา กิจกรรมทางมานุษยวิทยาของมนุษยชาติมีส่วนร่วมอย่างเข้มข้นในกระบวนการอพยพของโลหะหนักในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ปริมาณขององค์ประกอบทางเคมีที่เข้าสู่สิ่งแวดล้อมอันเป็นผลมาจากเทคโนโลยีในบางกรณีนั้นเกินระดับการบริโภคตามธรรมชาติอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น การปล่อย Pb จากแหล่งธรรมชาติทั่วโลกต่อปีคือ 12,000 ตัน และการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากมนุษย์ 332,000 ตัน จากข้อมูลด้านล่างเราสามารถตัดสินขนาดของกิจกรรมมานุษยวิทยาของมนุษยชาติได้: การมีส่วนร่วมของตะกั่วเทคโนโลยีคือ 94-97% (ส่วนที่เหลือเป็นแหล่งธรรมชาติ), แคดเมียม - 84-89%, ทองแดง - 56-87%, นิกเกิล - 66-75% ปรอท - 58% เป็นต้น ในเวลาเดียวกัน 26-44% ของการไหลเวียนของมนุษย์ทั่วโลกขององค์ประกอบเหล่านี้เกิดขึ้นในยุโรปและดินแดนยุโรปของอดีตสหภาพโซเวียตคิดเป็น 28-42% ของการปล่อยก๊าซทั้งหมดในยุโรป (Vronsky, 1996) ด้านล่างนี้เป็นคำอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับคุณสมบัติของโลหะเกี่ยวกับลักษณะพฤติกรรมของโลหะในดิน

รูปแบบการดำรงอยู่ของโลหะหนักในน้ำผิวดิน

ตัวบ่งชี้คุณภาพที่อยู่อาศัยที่สำคัญที่สุดคือระดับความบริสุทธิ์ของน้ำผิวดิน โลหะที่เป็นพิษซึ่งครั้งหนึ่งเคยอยู่ในอ่างเก็บน้ำหรือแม่น้ำ จะถูกกระจายไปตามองค์ประกอบของระบบนิเวศทางน้ำ อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าโลหะทุกปริมาณจะทำให้เกิดการหยุดชะงักของระบบนี้ เมื่อประเมินความสามารถของระบบนิเวศในการต้านทานผลกระทบที่เป็นพิษภายนอก เป็นเรื่องปกติที่จะพูดถึงความจุบัฟเฟอร์ของระบบนิเวศ ดังนั้น ความจุบัฟเฟอร์ของระบบนิเวศน้ำจืดที่เกี่ยวข้องกับโลหะหนักจึงเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นปริมาณของโลหะที่เป็นพิษ ซึ่งปริมาณของโลหะดังกล่าวไม่ได้ขัดขวางการทำงานตามธรรมชาติของระบบนิเวศทั้งหมดที่อยู่ในการศึกษาวิจัยอย่างมีนัยสำคัญ ในกรณีนี้โลหะที่เป็นพิษนั้นจะถูกกระจายไปตามส่วนประกอบดังต่อไปนี้: 1) โลหะในรูปแบบที่ละลาย; 2) ดูดซับและสะสมโดยแพลงก์ตอนพืช ได้แก่ จุลินทรีย์ในพืช 3) กักเก็บโดยตะกอนด้านล่างอันเป็นผลมาจากการตกตะกอนของอนุภาคอินทรีย์และแร่ธาตุที่แขวนลอยจากสภาพแวดล้อมทางน้ำ 4) ดูดซับบนพื้นผิวของตะกอนด้านล่างโดยตรงจากสภาพแวดล้อมทางน้ำในรูปแบบที่ละลายน้ำได้ 5) ตั้งอยู่ในรูปแบบดูดซับบนอนุภาคแขวนลอย

รูปแบบของการเกิดโลหะในน้ำได้รับอิทธิพลจากไฮโดรไบโอออนต์ (เช่น หอย) ดังนั้นเมื่อศึกษาพฤติกรรมของทองแดงในน้ำผิวดินจะสังเกตความผันผวนของความเข้มข้นตามฤดูกาล: ในฤดูหนาวจะสูงสุดและในฤดูร้อนจะลดลงเนื่องจากการเติบโตของชีวมวล เมื่ออนุภาคอินทรีย์แขวนลอยซึ่งมีความสามารถในการดูดซับไอออนของทองแดงจะตกตะกอนส่วนหลังจะผ่านเข้าไปในตะกอนด้านล่างซึ่งนำไปสู่ผลที่สังเกตได้ ควรสังเกตว่าความเข้มของกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับอัตราการตกตะกอนของสารแขวนลอย ซึ่งก็คือทางอ้อมกับปัจจัยต่างๆ เช่น ขนาดและประจุของอนุภาคที่ดูดซับไอออนของทองแดง

นอกเหนือจากการสะสมของโลหะเนื่องจากการดูดซับและการตกตะกอนตามมา กระบวนการอื่นๆ ยังเกิดขึ้นในน้ำผิวดินซึ่งสะท้อนถึงความต้านทานของระบบนิเวศต่อผลกระทบที่เป็นพิษของมลพิษดังกล่าว สิ่งสำคัญที่สุดคือการจับตัวของไอออนของโลหะในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำโดยสารอินทรีย์ที่ละลาย ในกรณีนี้ความเข้มข้นรวมของสารพิษในน้ำจะไม่เปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตาม เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าไอออนของโลหะไฮเดรตเป็นพิษมากที่สุด ในขณะที่ไอออนที่เกาะอยู่ในสารเชิงซ้อนจะมีอันตรายน้อยกว่าหรือแทบไม่เป็นอันตรายเลยด้วยซ้ำ การศึกษาพิเศษแสดงให้เห็นว่าไม่มีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างความเข้มข้นรวมของโลหะที่เป็นพิษในน้ำผิวดินตามธรรมชาติและความเป็นพิษของโลหะเหล่านั้น

น้ำผิวดินตามธรรมชาติมีสารอินทรีย์หลายชนิด โดย 80% เป็นโพลีเมอร์ออกซิไดซ์สูง เช่น สารฮิวมิกที่ซึมเข้าไปในน้ำจากดิน สารอินทรีย์ที่เหลือที่ละลายในน้ำเป็นของเสียจากสิ่งมีชีวิต (โพลีเปปไทด์ โพลีแซ็กคาไรด์ กรดไขมัน และกรดอะมิโน) หรือสิ่งเจือปนที่มีต้นกำเนิดจากมนุษย์ซึ่งมีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกัน แน่นอนว่าพวกเขาทั้งหมดต้องผ่านการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในสภาพแวดล้อมทางน้ำ แต่ในขณะเดียวกัน พวกมันทั้งหมดเป็นรีเอเจนต์ที่ก่อตัวเชิงซ้อนชนิดหนึ่ง ซึ่งจะจับไอออนของโลหะให้เป็นเชิงซ้อน และลดความเป็นพิษของน้ำ

น้ำผิวดินที่แตกต่างกันจะจับไอออนของโลหะที่เป็นพิษในรูปแบบที่แตกต่างกัน โดยแสดงความจุบัฟเฟอร์ที่แตกต่างกัน น้ำในทะเลสาบ แม่น้ำ และอ่างเก็บน้ำทางใต้ ซึ่งมีส่วนประกอบทางธรรมชาติจำนวนมาก (สารฮิวมิก กรดฮิวมิก และกรดฟุลวิค) และมีความเข้มข้นสูง สามารถล้างพิษตามธรรมชาติได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับน้ำในอ่างเก็บน้ำทางตอนเหนือ และเขตอบอุ่น ดังนั้นสิ่งอื่นที่เท่าเทียมกัน ความเป็นพิษของน้ำที่มีสารมลพิษก็ขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศของเขตธรรมชาติด้วย ควรสังเกตว่าความจุบัฟเฟอร์ของน้ำผิวดินที่เกี่ยวข้องกับโลหะที่เป็นพิษนั้นถูกกำหนดไม่เพียงโดยการมีอยู่ของอินทรียวัตถุที่ละลายและสารแขวนลอยเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความสามารถในการสะสมของไฮโดรไบโอออนต์ตลอดจนจลนพลศาสตร์ของการดูดซับไอออนของโลหะด้วย โดยองค์ประกอบทั้งหมดของระบบนิเวศรวมถึงการทับซ้อนกับสารอินทรีย์ที่ละลายอยู่ ทั้งหมดนี้บ่งบอกถึงความซับซ้อนของกระบวนการที่เกิดขึ้นในน้ำผิวดินเมื่อมีมลพิษจากโลหะเข้ามา

เป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่ากรดฮิวมิกซึ่งเป็นสารประกอบโมเลกุลสูงตามธรรมชาติจำเพาะเหล่านี้เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนแปลงของสารตกค้างจากพืชในดินภายใต้อิทธิพลของจุลินทรีย์ เห็นได้ชัดว่าสามารถจับไอออนของโลหะหนักให้เป็นสารเชิงซ้อนที่เสถียรได้ในระดับสูงสุด ดังนั้นค่าคงที่ความเสถียรของฮิวเมตที่สอดคล้องกัน (สารประกอบเชิงซ้อนของไอออนโลหะหนักที่มีกรดฮิวมิก) มีค่าในช่วง 105-1,012 ขึ้นอยู่กับลักษณะของโลหะ ความคงตัวของฮิวเมตขึ้นอยู่กับความเป็นกรดของสภาพแวดล้อมทางน้ำ

แม้ว่าลักษณะการวิเคราะห์ทางเคมีของปัญหาในการกำหนดรูปแบบการดำรงอยู่ของโลหะในน้ำธรรมชาตินั้นถูกกำหนดขึ้นเมื่อประมาณ 20 ปีที่แล้ว แต่มีเพียงวิธีการวิเคราะห์ล่าสุดเท่านั้นที่ทำให้ปัญหานี้เข้าถึงได้ ก่อนหน้านี้ เฉพาะปริมาณรวมของโลหะหนักในน้ำเท่านั้นที่ถูกกำหนด และกำหนดการกระจายระหว่างรูปแบบที่แขวนลอยและรูปแบบที่ละลาย ตัดสินคุณภาพของน้ำที่ปนเปื้อนด้วยโลหะโดยอาศัยการเปรียบเทียบข้อมูลปริมาณรวมกับค่า MPC ขณะนี้การประเมินดังกล่าวถือว่าไม่สมบูรณ์และไม่มีมูลความจริงเนื่องจากผลกระทบทางชีวภาพของโลหะถูกกำหนดโดยสถานะของมันในน้ำและตามกฎแล้วสิ่งเหล่านี้จะซับซ้อนด้วยส่วนประกอบต่างๆ ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ในบางกรณี เมื่อทำปฏิกิริยากับสารประกอบอินทรีย์ที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติ สารเชิงซ้อนเหล่านี้ไม่เพียงแต่มีพิษต่ำเท่านั้น แต่มักจะมีผลกระตุ้นต่อการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตในน้ำ เนื่องจากในกรณีนี้ สารเชิงซ้อนเหล่านี้มีอยู่ทางชีวภาพ ต่อสิ่งมีชีวิต

เมื่อพัฒนา MPC ที่มีอยู่ กระบวนการที่ซับซ้อนจะไม่ถูกนำมาพิจารณา และผลกระทบของเกลืออนินทรีย์ของโลหะหนักต่อสิ่งมีชีวิตได้รับการประเมินในสารละลายน้ำบริสุทธิ์ในกรณีที่ไม่มีสารอินทรีย์ที่ละลายจากแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติ พูดอย่างเคร่งครัด การประเมินดังกล่าวเป็นเรื่องยากและบางครั้งก็เป็นไปไม่ได้

ดังนั้น ความเป็นพิษของน้ำเมื่อปนเปื้อนด้วยโลหะหนักส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของไอออนของน้ำที่เป็นโลหะหรือสารประกอบเชิงซ้อนอย่างง่ายที่มีไอออนอนินทรีย์ การมีสารเชิงซ้อนอื่นๆ และสารอินทรีย์เป็นหลักจะช่วยลดความเป็นพิษได้ ปรากฏการณ์การสะสมของสารพิษในตะกอนด้านล่างที่กล่าวข้างต้นอาจทำให้เกิดความเป็นพิษรองของน้ำได้ แท้จริงแล้วแม้ว่าแหล่งที่มาของมลภาวะจะถูกกำจัดออกไปและอย่างที่พวกเขากล่าวว่า "น้ำเป็นปกติ" ในอนาคต การโยกย้ายแบบย้อนกลับของโลหะจากตะกอนด้านล่างลงสู่น้ำก็เป็นไปได้ การพยากรณ์สถานะของระบบน้ำจึงควรอาศัยข้อมูลจากการวิเคราะห์ส่วนประกอบทั้งหมดซึ่งดำเนินการในช่วงเวลาหนึ่ง

โลหะหนักที่เป็นสารพิษในแหล่งน้ำธรรมชาติ

จากรายการสารมลพิษที่เป็นโลหะที่มีลำดับความสำคัญสูง เราถือว่าสารปรอท ตะกั่ว และแคดเมียมเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และสัตว์มากที่สุด

ปรอท. ในสิ่งแวดล้อม สารประกอบปรอทที่มีระดับการออกซิเดชันของโลหะต่างกัน ซึ่งก็คือ Hg(0), Hg(I), Hg(II) สามารถทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันได้ อันตรายที่ใหญ่ที่สุดเกิดจากสารประกอบอินทรีย์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอัลคิล ตัวสะสมสารประกอบปรอทที่มีความจุมากที่สุด (มากถึง 97%) คือน้ำผิวดินของมหาสมุทร ประมาณครึ่งหนึ่งของปรอททั้งหมดเข้าสู่สภาพแวดล้อมทางธรรมชาติเนื่องจากสาเหตุที่มนุษย์สร้างขึ้น

ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ ปรอทจะก่อให้เกิดสารประกอบออร์แกโนเมทัลลิกประเภท R-Hg-X และ R-Hg-R โดยที่ R คืออนุมูลเมทิลหรือเอทิล จากแหล่งที่มาของมนุษย์ ปรอทจะเข้าสู่ระบบน้ำในรูปของปรอทที่เป็นโลหะเป็นส่วนใหญ่ ไอออน Hg(II) และฟีนิลเมอร์คิวริกอะซิเตต ปรอทรูปแบบเด่นที่พบในปลาคือเมทิลเมอร์คิวรี ซึ่งเกิดขึ้นทางชีวภาพโดยเอนไซม์จากจุลินทรีย์ ในน้ำผิวดินที่ปราศจากมลภาวะ ปริมาณสารปรอทจะอยู่ในช่วง 0.2-0.1 ไมโครกรัม/ลิตร ในน้ำทะเลจะน้อยกว่าสามเท่า พืชน้ำดูดซับสารปรอท สารประกอบอินทรีย์ R-Hg-R" ในแพลงก์ตอนน้ำจืดจะมีความเข้มข้นสูงกว่าแพลงก์ตอนทะเล สารประกอบปรอทอินทรีย์จะถูกขับออกจากร่างกายช้ากว่าสารอนินทรีย์ ซึ่งเป็นมาตรฐานที่มีอยู่สำหรับปริมาณสารพิษนี้สูงสุด (0.5 μg/kg ) ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์อาหารเพื่อการควบคุมคุณภาพ โดยสันนิษฐานว่ามีสารปรอทอยู่ในรูปของสารประกอบเมทิลเลต ซึ่งหากร่างกายของมนุษย์กินเข้าไปจะทำให้เกิดโรคมินิมาตาได้

ตะกั่ว. ครึ่งหนึ่งของปริมาณสารพิษทั้งหมดจะเข้าสู่สิ่งแวดล้อมอันเป็นผลมาจากการเผาไหม้น้ำมันเบนซินที่มีสารตะกั่ว ในระบบทางน้ำ ตะกั่วส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการดูดซับด้วยอนุภาคแขวนลอย หรืออยู่ในรูปของสารเชิงซ้อนที่ละลายน้ำได้ด้วยกรดฮิวมิก เมื่อถูกไบโอเมทิลเลต เช่นเดียวกับปรอท ในที่สุดตะกั่วก็จะกลายเป็นตะกั่วเตตระเมทิล ในน้ำผิวดินที่ปราศจากมลภาวะ ปริมาณตะกั่วมักจะไม่เกิน 3 µg/l แม่น้ำในเขตอุตสาหกรรมมีระดับสารตะกั่วสูงกว่า หิมะสามารถสะสมสารพิษนี้ได้ในระดับที่มีนัยสำคัญ โดยในบริเวณใกล้เคียงเมืองใหญ่ ปริมาณของหิมะอาจสูงถึงเกือบ 1 ล้านไมโครกรัม/ลิตร และในระยะห่างประมาณ ~1-100 ไมโครกรัม/ลิตร

พืชน้ำสะสมตะกั่วได้ดีแต่มีหลายวิธี บางครั้งแพลงก์ตอนพืชจะคงไว้โดยมีปัจจัยความเข้มข้นสูงถึง 105 เช่นเดียวกับปรอท ตะกั่วสะสมอยู่ในปลาเล็กน้อย ดังนั้นจึงค่อนข้างเป็นอันตรายต่อมนุษย์ในห่วงโซ่อาหารนี้ สารประกอบเมทิลเลตพบได้ค่อนข้างน้อยในปลาภายใต้สภาวะน้ำปกติ ในภูมิภาคที่มีการปล่อยมลพิษทางอุตสาหกรรม การสะสมของสารตะกั่วเตตราเมทิลในเนื้อเยื่อของปลาจะเกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพและรวดเร็ว การสัมผัสกับสารตะกั่วแบบเฉียบพลันและเรื้อรังเกิดขึ้นที่ระดับการปนเปื้อน 0.1-0.5 ไมโครกรัม/ลิตร ในร่างกายมนุษย์ สารตะกั่วสามารถสะสมในโครงกระดูกแทนที่แคลเซียมได้

แคดเมียม. คุณสมบัติทางเคมีของโลหะนี้คล้ายกับสังกะสี มันสามารถแทนที่หลังในศูนย์กลางที่ใช้งานของเอนไซม์ที่มีโลหะซึ่งนำไปสู่การหยุดชะงักอย่างรุนแรงในการทำงานของกระบวนการของเอนไซม์

ในแหล่งสะสมแร่ แคดเมียมมักจะอยู่ร่วมกับสังกะสี ในระบบน้ำ แคดเมียมจับกับสารอินทรีย์ที่ละลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้ามีหมู่ซัลไฮดริล SH แคดเมียมยังก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนด้วยกรดอะมิโน โพลีแซ็กคาไรด์ และกรดฮิวมิก อย่างไรก็ตาม เป็นที่เชื่อกันว่าการมีอยู่ของลิแกนด์ที่มีความเข้มข้นสูงซึ่งสามารถจับแคดเมียมเหล่านี้ได้นั้นยังไม่เพียงพอที่จะลดความเข้มข้นของไอออนในน้ำแคดเมียมอิสระให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยสำหรับสิ่งมีชีวิต การดูดซับไอออนแคดเมียมโดยตะกอนด้านล่างขึ้นอยู่กับความเป็นกรดของตัวกลางเป็นอย่างมาก ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำที่เป็นกลาง ไอออนแคดเมียมอิสระจะถูกดูดซับโดยอนุภาคของตะกอนด้านล่างเกือบทั้งหมด

ขณะนี้แหล่งที่มาหลักของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่มีสารพิษนี้คือสถานที่ฝังศพของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม ตามที่ระบุไว้แล้ว พบแคดเมียมในผลิตภัณฑ์จากการปะทุของภูเขาไฟเอตนา ความเข้มข้นของแคดเมียมในน้ำฝนอาจเกิน 50 ไมโครกรัม/ลิตร

ในแหล่งน้ำจืดและแม่น้ำ ปริมาณแคดเมียมอยู่ระหว่าง 20-400 ng/l

ปริมาณที่ต่ำที่สุดในมหาสมุทรถูกบันทึกไว้ในมหาสมุทรแปซิฟิกทางตะวันออกของหมู่เกาะญี่ปุ่น (~ 0.8-9.6 ng/l ที่ระดับความลึก 8-5500 ม.) โลหะนี้สะสมอยู่ในพืชน้ำและในเนื้อเยื่อของอวัยวะภายในของปลา (แต่ไม่อยู่ในกล้ามเนื้อโครงร่าง)

โดยทั่วไปแคดเมียมมีความเป็นพิษต่อพืชน้อยกว่าเมทิลเมอร์คิวรี และมีความเป็นพิษต่อตะกั่วเทียบเท่ากัน

เกณฑ์ความเป็นพิษเฉียบพลันสำหรับแคดเมียมแตกต่างกันไปตั้งแต่ 0.09 ถึง 105 ไมโครกรัม/ลิตรสำหรับปลาน้ำจืด ความกระด้างของน้ำที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มระดับการปกป้องร่างกายจากพิษของแคดเมียม มีหลายกรณีของการเป็นพิษร้ายแรงต่อผู้ที่มีแคดเมียมที่เข้าสู่ร่างกายผ่านทางสายโซ่อาหาร (โรคอิไต-อิไต) แคดเมียมจะถูกกำจัดออกจากร่างกายเป็นเวลานาน (ประมาณ 30 ปี)

โลหะหนักในดิน

เนื้อหาของ HMs ในดินขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของหินดั้งเดิม ตามที่นักวิจัยหลายคนกำหนดไว้ ซึ่งความหลากหลายที่มีนัยสำคัญซึ่งสัมพันธ์กับประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาที่ซับซ้อนของการพัฒนาดินแดน องค์ประกอบทางเคมีของหินที่ก่อตัวเป็นดินซึ่งแสดงโดยผลิตภัณฑ์จากการผุกร่อนของหิน ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าโดยองค์ประกอบทางเคมีของหินดั้งเดิม และขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการเปลี่ยนแปลงของยีนพิเศษ ดินบ่อโลหะหนัก

ขั้นตอนแรกของการเปลี่ยนแปลงของออกไซด์ของโลหะหนักในดินคือการมีปฏิกิริยากับสารละลายในดินและส่วนประกอบต่างๆ แม้ในระบบที่เรียบง่าย เช่น น้ำในสมดุลกับ CO2 อากาศในบรรยากาศ HM ออกไซด์จะมีการเปลี่ยนแปลงและมีความเสถียรแตกต่างกันอย่างมาก

กระบวนการเปลี่ยนแปลงของ HMs ที่เข้าสู่ดินในระหว่างการสร้างเทคโนโลยีประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:

1) การแปลงออกไซด์ของโลหะหนักเป็นไฮดรอกไซด์ (คาร์บอเนต, ไบคาร์บอเนต)

2) การละลายไฮดรอกไซด์ของโลหะหนักและการดูดซับไอออนบวก HM ที่สอดคล้องกันโดยเฟสของแข็งของดิน

3) การก่อตัวของฟอสเฟตโลหะหนักและสารประกอบของพวกมันกับอินทรียวัตถุในดิน

โลหะหนักที่ถูกปล่อยออกมาสู่ผิวดินจะสะสมอยู่ในแนวดิน โดยเฉพาะบริเวณขอบฟ้าด้านบน และจะถูกกำจัดออกอย่างช้าๆ โดยการชะล้าง การบริโภคพืช และการกัดเซาะ ครึ่งชีวิตของ HMs แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญสำหรับองค์ประกอบที่แตกต่างกัน: Zn - 70 - 510 ปี, Cd - 13 - 110 ปี, Cu - 310 - 1500 ปี, Pb - 740 - 5900 ปี

ตะกั่ว (Pb) มวลอะตอม 207.2 องค์ประกอบสำคัญคือสารพิษ สารประกอบตะกั่วที่ละลายน้ำได้ทั้งหมดเป็นพิษ ภายใต้สภาวะทางธรรมชาติ ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของ PbS Clark Pb ในเปลือกโลก 16.0 มก./กก. เมื่อเปรียบเทียบกับ HM อื่นๆ มันเคลื่อนที่ได้น้อยที่สุด และระดับการเคลื่อนที่ขององค์ประกอบจะลดลงอย่างมากเมื่อดินถูกปูน Mobile Pb มีอยู่ในรูปของสารเชิงซ้อนที่มีอินทรียวัตถุ ที่ค่า pH สูง ตะกั่วจะถูกตรึงไว้ในดินทางเคมีในรูปของไฮดรอกไซด์ ฟอสเฟต คาร์บอเนต และสารเชิงซ้อน Pb อินทรีย์

ปริมาณตะกั่วตามธรรมชาติในดินนั้นสืบทอดมาจากหินต้นกำเนิดและมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับองค์ประกอบทางแร่และเคมี ความเข้มข้นเฉลี่ยของธาตุนี้ในดินของโลกถึงตามการประมาณการต่างๆ ตั้งแต่ 10 ถึง 35 มก./กก. ความเข้มข้นสูงสุดของตะกั่วที่อนุญาตสำหรับดินในรัสเซียคือ 30 มก./กก. ในเยอรมนี - 100 มก./กก.

ปริมาณตะกั่วในดินที่มีความเข้มข้นสูงสามารถเชื่อมโยงกับความผิดปกติทางธรณีเคมีตามธรรมชาติและผลกระทบต่อมนุษย์ ในกรณีมลพิษทางเทคโนโลยี มักจะพบความเข้มข้นของธาตุสูงสุดในชั้นบนสุดของดิน ในพื้นที่อุตสาหกรรมบางแห่ง ปริมาณจะสูงถึง 1,000 มก./กก. และในชั้นผิวดินรอบ ๆ สถานประกอบการโลหะวิทยาที่ไม่ใช่เหล็กในยุโรปตะวันตก - 545 มก./กก.

ปริมาณสารตะกั่วในดินในรัสเซียจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของดิน ความใกล้ชิดของสถานประกอบการอุตสาหกรรม และความผิดปกติทางธรณีเคมีทางธรรมชาติ ในดินของพื้นที่ที่อยู่อาศัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับการใช้และการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีสารตะกั่ว เนื้อหาขององค์ประกอบนี้มักจะสูงกว่าความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาตหลายสิบเท่าหรือมากกว่า ตามการประมาณการเบื้องต้น พบว่ามากถึง 28% ของดินแดนของประเทศมีปริมาณ Pb ในดินโดยเฉลี่ยต่ำกว่าระดับพื้นหลัง และ 11% สามารถจัดเป็นโซนเสี่ยงได้ ในเวลาเดียวกันในสหพันธรัฐรัสเซียปัญหาการปนเปื้อนของสารตะกั่วในดินเป็นปัญหาหลักในพื้นที่ที่อยู่อาศัย

แคดเมียม (ซีดี) มวลอะตอม 112.4 แคดเมียมมีคุณสมบัติทางเคมีใกล้เคียงกับสังกะสี แต่แตกต่างตรงที่การเคลื่อนที่ได้ดีกว่าในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและสามารถเข้าถึงพืชได้ดีกว่า ในสารละลายดิน โลหะจะอยู่ในรูปของ Cd2+ และก่อตัวเป็นไอออนเชิงซ้อนและคีเลตอินทรีย์ ปัจจัยหลักที่กำหนดปริมาณธาตุในดินในกรณีที่ไม่มีอิทธิพลจากมนุษย์คือหินต้นกำเนิด คลาร์กของแคดเมียมในเปลือกโลก 0.13 มก./กก. ในหินที่ก่อตัวเป็นดิน ปริมาณโลหะโดยเฉลี่ยคือ: ในดินเหนียวและหินดินดาน - 0.15 มก./กก. ดินร่วนเหลืองและดินร่วนคล้ายดินเหลือง - 0.08 ทรายและดินร่วนปนทราย - 0.03 มก./กก. ในตะกอนควอเทอร์นารีของไซบีเรียตะวันตก ความเข้มข้นของแคดเมียมแปรผันภายในช่วง 0.01-0.08 มก./กก.

การเคลื่อนตัวของแคดเมียมในดินขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและศักยภาพรีดอกซ์

ปริมาณแคดเมียมเฉลี่ยในดินโลกคือ 0.5 มก./กก. ความเข้มข้นของมันในดินปกคลุมของส่วนยุโรปของรัสเซียคือ 0.14 มก./กก. ในดินสด-พอซโซลิก, 0.24 มก./กก. ในเชอร์โนเซม, 0.07 มก./กก. ในดินประเภทหลักในไซบีเรียตะวันตก ปริมาณแคดเมียมที่อนุญาตโดยประมาณ (ATC) สำหรับดินร่วนปนทรายและดินร่วนปนทรายในรัสเซียคือ 0.5 มก./กก. ในเยอรมนี MPC ของแคดเมียมคือ 3 มก./กก.

การปนเปื้อนในดินด้วยแคดเมียมถือเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ด้านสิ่งแวดล้อมที่อันตรายที่สุดเนื่องจากมันสะสมในพืชที่สูงกว่าปกติแม้ว่าจะมีการปนเปื้อนในดินเพียงเล็กน้อยก็ตาม แคดเมียมที่มีความเข้มข้นสูงสุดในชั้นบนสุดของดินพบได้ในพื้นที่เหมืองแร่ - สูงถึง 469 มก./กก. รอบโรงถลุงสังกะสีจะมีความเข้มข้นถึง 1,700 มก./กก.

สังกะสี (Zn) มวลอะตอม 65.4 คลาร์กในเปลือกโลกอยู่ที่ 83 มก./กก. สังกะสีมีความเข้มข้นในตะกอนดินเหนียวและหินดินดานในปริมาณ 80 ถึง 120 มก./กก. ในตะกอนดินร่วนคล้ายดินเหลืองและคาร์บอเนตของเทือกเขาอูราลในดินร่วนของไซบีเรียตะวันตก - ตั้งแต่ 60 ถึง 80 มก./กก.

ปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของ Zn ในดินคือปริมาณแร่ธาตุจากดินเหนียวและ pH เมื่อค่า pH เพิ่มขึ้น ธาตุจะผ่านเข้าไปในสารเชิงซ้อนอินทรีย์และเกาะติดกับดิน ไอออนของสังกะสียังสูญเสียการเคลื่อนที่ โดยเข้าสู่ช่องว่างระหว่างแพ็กเก็ตของโครงตาข่ายคริสตัลมอนต์มอริลโลไนต์ สังกะสีก่อตัวในรูปแบบที่เสถียรด้วยอินทรียวัตถุ ดังนั้นในกรณีส่วนใหญ่ สังกะสีจะสะสมอยู่ในขอบเขตดินที่มีปริมาณฮิวมัสและในพีทสูง

สาเหตุของปริมาณสังกะสีที่เพิ่มขึ้นในดินอาจเป็นได้ทั้งความผิดปกติทางธรณีเคมีตามธรรมชาติและมลพิษทางเทคโนโลยี แหล่งที่มาหลักของมนุษย์ที่ได้รับมาจากองค์กรโลหะวิทยาที่ไม่ใช่เหล็กเป็นหลัก การปนเปื้อนในดินด้วยโลหะนี้ทำให้เกิดการสะสมที่สูงมากในบางพื้นที่ในชั้นดินชั้นบน - มากถึง 66,400 มก./กก. สังกะสีมากถึง 250 มก./กก. สะสมอยู่ในดินสวน MPC ของสังกะสีสำหรับดินร่วนปนทรายและดินร่วนปนทรายคือ 55 มก./กก. นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันแนะนำ MPC ที่ 100 มก./กก.

ทองแดง (Cu) มวลอะตอม 63.5 คลาร์กในเปลือกโลกคือ 47 มก./กก. (Vinogradov, 1962) ในทางเคมี ทองแดงเป็นโลหะที่มีฤทธิ์ต่ำ ปัจจัยพื้นฐานที่มีอิทธิพลต่อค่าของปริมาณ Cu คือความเข้มข้นในหินที่ก่อตัวเป็นดิน ในบรรดาหินอัคนี ธาตุจำนวนมากที่สุดสะสมอยู่ในหินพื้นฐาน ได้แก่ หินบะซอลต์ (100-140 มก./กก.) และแอนดีไซต์ (20-30 มก./กก.) ดินร่วนคล้ายดินเหลืองและดินเหลือง (20-40 มก./กก.) มีทองแดงน้อยกว่า มีปริมาณน้อยที่สุดในหินทราย หินปูน และหินแกรนิต (5-15 มก./กก.) ความเข้มข้นของโลหะในดินเหนียวของยุโรปส่วนหนึ่งของอดีตสหภาพโซเวียตสูงถึง 25 มก./กก. ในดินร่วนคล้ายดินเหลือง - 18 มก./กก. ดินร่วนทรายและหินที่ก่อตัวเป็นดินทรายของเทือกเขาอัลไตสะสมทองแดงโดยเฉลี่ย 31 มก./กก. ทางตอนใต้ของไซบีเรียตะวันตก - 19 มก./กก.

ในดิน ทองแดงเป็นธาตุที่อพยพได้น้อย แม้ว่าเนื้อหาในรูปแบบเคลื่อนที่จะค่อนข้างสูงก็ตาม ปริมาณทองแดงเคลื่อนที่ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย: องค์ประกอบทางเคมีและแร่วิทยาของหินต้นกำเนิด, pH ของสารละลายดิน, ปริมาณอินทรียวัตถุ ฯลฯ ปริมาณทองแดงที่ใหญ่ที่สุดในดินเกี่ยวข้องกับออกไซด์ของเหล็ก แมงกานีส ไฮดรอกไซด์ของเหล็กและอลูมิเนียม และโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับมอนต์มอริลโลไนต์และเวอร์มิคูไลต์ กรดฮิวมิกและกรดฟุลวิคสามารถสร้างสารเชิงซ้อนที่เสถียรกับทองแดงได้ ที่ pH 7-8 ความสามารถในการละลายของทองแดงจะต่ำที่สุด

ปริมาณทองแดงโดยเฉลี่ยในดินโลกคือ 30 มก./กก. ใกล้แหล่งกำเนิดมลพิษทางอุตสาหกรรม ในบางกรณี สามารถสังเกตการปนเปื้อนในดินด้วยทองแดงสูงถึง 3,500 มก./กก. ปริมาณโลหะโดยเฉลี่ยในดินของภาคกลางและภาคใต้ของอดีตสหภาพโซเวียตคือ 4.5-10.0 มก./กก. ทางตอนใต้ของไซบีเรียตะวันตก - 30.6 มก./กก. ไซบีเรียและตะวันออกไกล - 27.8 มก./กก. ความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาตของทองแดงในรัสเซียคือ 55 มก./กก. ความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาตสำหรับดินร่วนปนทรายและดินร่วนปนทรายคือ 33 มก./กก. ในเยอรมนีคือ 100 มก./กก.

นิกเกิล (พรรณี) มวลอะตอม 58.7 ในตะกอนภาคพื้นทวีป ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของซัลไฟด์และอาร์เซไนต์ และยังเกี่ยวข้องกับคาร์บอเนต ฟอสเฟต และซิลิเกตอีกด้วย คลาร์กของธาตุในเปลือกโลกคือ 58 มก./กก. หินอัลตร้าเบสิก (1,400-2,000 มก./กก.) และหินพื้นฐาน (200-1,000 มก./กก.) สะสมโลหะในปริมาณมากที่สุด ในขณะที่หินตะกอนและหินที่เป็นกรดจะมีความเข้มข้นต่ำกว่ามาก - 5-90 และ 5-15 มก./กก. ตามลำดับ องค์ประกอบแกรนูเมตริกมีบทบาทสำคัญในการสะสมของนิกเกิลในหินที่ก่อตัวเป็นดิน จากตัวอย่างของหินที่ก่อตัวดินของไซบีเรียตะวันตกจะเห็นได้ว่าในหินที่เบากว่าจะมีปริมาณน้อยที่สุดในหินหนักจะมีค่าสูงสุด: ในทราย - 17 ดินร่วนปนทรายและดินร่วนเบา -22 ดินร่วนปานกลาง - 36 , ดินร่วนหนักและดินเหนียว -49.

ปริมาณนิกเกิลในดินส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการจัดหาธาตุนี้ให้กับหินที่ก่อตัวเป็นดิน ความเข้มข้นสูงสุดของนิกเกิลมักพบได้ในดินเหนียวและดินร่วนปน ในดินที่เกิดจากหินพื้นฐานและหินภูเขาไฟ และอุดมไปด้วยอินทรียวัตถุ การกระจายตัวของ Ni ในโปรไฟล์ดินถูกกำหนดโดยปริมาณอินทรียวัตถุ ออกไซด์อสัณฐาน และปริมาณเศษดินเหนียว

ระดับความเข้มข้นของนิกเกิลในชั้นบนสุดของดินยังขึ้นอยู่กับระดับของมลภาวะทางเทคโนโลยีด้วย ในพื้นที่ที่มีอุตสาหกรรมงานโลหะที่พัฒนาแล้ว จะพบการสะสมของนิกเกิลในดินสูงมาก โดยในแคนาดามีปริมาณนิกเกิลอยู่ที่ 206-26,000 มก./กก. และในสหราชอาณาจักร ปริมาณนิกเกิลในรูปแบบเคลื่อนที่สูงถึง 506-600 มก./กก. ในดินของบริเตนใหญ่ ฮอลแลนด์ ประเทศเยอรมนี ที่บำบัดด้วยตะกอนน้ำเสีย นิกเกิลจะสะสมได้สูงถึง 84-101 มก./กก. ในรัสเซีย (ตามการสำรวจดิน 40-60% บนพื้นที่เกษตรกรรม) 2.8% ของดินปกคลุมมีองค์ประกอบนี้ปนเปื้อน ส่วนแบ่งของดินที่ปนเปื้อนด้วย Ni ท่ามกลาง HM อื่นๆ (Pb, Cd, Zn, Cr, Co, As ฯลฯ) จริงๆ แล้วเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดและเป็นที่สองรองจากดินที่ปนเปื้อนด้วยทองแดง (3.8%) ตามข้อมูลการติดตามที่ดินจากสถานีบริการเคมีเกษตร Buryatskaya ปี 2536-2540 ในอาณาเขตของสาธารณรัฐ Buryatia ความเข้มข้นของนิกเกิลสูงสุดที่อนุญาตสูงสุดได้รับการลงทะเบียนบน 1.4% ของที่ดินจากพื้นที่เกษตรกรรมที่สำรวจซึ่งในนั้นดินของ Zakamensky (20% ของที่ดิน - 46,000 เฮกตาร์ ปนเปื้อน) และเขต Khorinsky (11% ของที่ดิน - 8,000 เฮกตาร์มีการปนเปื้อน)

โครเมียม (Cr) มวลอะตอม 52 ในสารประกอบธรรมชาติ โครเมียมมีเวเลนซ์เป็น +3 และ +6 Cr3+ ส่วนใหญ่มีอยู่ในโครเมียม FeCr2O4 หรือแร่สปิเนลอื่นๆ โดยแทนที่ Fe และ Al ซึ่งมีคุณสมบัติทางธรณีวิทยาเคมีและรัศมีไอออนิกใกล้เคียงกันมาก

คลาร์กแห่งโครเมียมในเปลือกโลก - 83 มก./กก. ความเข้มข้นสูงสุดในบรรดาหินอัคนีเป็นเรื่องปกติสำหรับหินอัลตรามาฟิคและหินพื้นฐาน (1600-3400 และ 170-200 มก./กก. ตามลำดับ) ต่ำสุดสำหรับหินขนาดกลาง (15-50 มก./กก.) และต่ำสุดสำหรับหินที่เป็นกรด (4- 25 มก./กก.) กก.) ในบรรดาหินตะกอน ปริมาณธาตุสูงสุดพบในตะกอนดินเหนียวและหินดินดาน (60-120 มก./กก.) ปริมาณขั้นต่ำในหินทรายและหินปูน (5-40 มก./กก.) ปริมาณโลหะในหินที่ก่อตัวเป็นดินในภูมิภาคต่างๆ นั้นมีความหลากหลายมาก ในส่วนของยุโรปในอดีตสหภาพโซเวียต ปริมาณของมันอยู่ในหินที่ก่อตัวเป็นดินทั่วไป เช่น ดินเหลือง ดินคล้ายคาร์บอเนต และดินร่วนปกคลุม เฉลี่ย 75-95 มก./กก. หินที่ก่อตัวเป็นดินในไซบีเรียตะวันตกมี Cr เฉลี่ย 58 มก./กก. และปริมาณมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับองค์ประกอบแกรนูเมตริกซ์ของหิน ได้แก่ หินดินร่วนทรายและดินร่วนปนทราย - 16 มก./กก. และหินดินร่วนปานกลางและหินดินเหนียว - ประมาณ 60 มก./กก.

ในดิน โครเมียมส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของ Cr3+ ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด Cr3+ ไอออนจะเฉื่อย โดยที่ pH 5.5 จะตกตะกอนเกือบทั้งหมด ไอออน Cr6+ นั้นไม่เสถียรอย่างยิ่ง และเคลื่อนที่ได้ง่ายทั้งในดินที่เป็นกรดและด่าง การดูดซับโครเมียมด้วยดินเหนียวขึ้นอยู่กับ pH ของตัวกลาง: เมื่อ pH เพิ่มขึ้น การดูดซับ Cr6+ จะลดลง และ Cr3+ จะเพิ่มขึ้น อินทรียวัตถุในดินกระตุ้นการลดลงของ Cr6+ ให้เป็น Cr3+

ปริมาณโครเมียมตามธรรมชาติในดินขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของมันในหินที่ก่อตัวเป็นดินเป็นหลัก และการกระจายไปตามลักษณะของดินขึ้นอยู่กับลักษณะของการก่อตัวของดิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งองค์ประกอบแบบแกรนูเมตริกของขอบฟ้าทางพันธุกรรม ปริมาณโครเมียมเฉลี่ยในดินคือ 70 มก./กก. ปริมาณธาตุที่สูงที่สุดจะพบได้ในดินที่เกิดจากหินพื้นฐานและหินภูเขาไฟที่อุดมไปด้วยโลหะนี้ ปริมาณ Cr เฉลี่ยในดินในสหรัฐอเมริกาคือ 54 มก./กก. ในจีน - 150 มก./กก. ในยูเครน - 400 มก./กก. ในรัสเซียความเข้มข้นสูงในดินภายใต้สภาพธรรมชาติเกิดจากการเพิ่มคุณค่าของหินที่ก่อตัวเป็นดิน Kursk chernozems มีโครเมียม 83 มก./กก. ดินสดและพอซโซลิกของภูมิภาคมอสโก - 100 มก./กก. ในดินของเทือกเขาอูราลซึ่งก่อตัวบนงูโลหะมีมากถึง 10,000 มก. / กก. ในไซบีเรียตะวันตก - 86 - 115 มก. / กก.

การมีส่วนร่วมของแหล่งที่มาของมนุษย์ในการจัดหาโครเมียมมีความสำคัญมาก โลหะโครเมียมใช้เป็นหลักในการชุบโครเมียมซึ่งเป็นส่วนประกอบของโลหะผสมเหล็ก การปนเปื้อนในดินด้วย Cr สังเกตได้จากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากโรงงานปูนซีเมนต์ การทิ้งตะกรันเหล็ก-โครเมียม โรงกลั่นน้ำมัน สถานประกอบการด้านโลหะวิทยาที่มีเหล็กและไม่ใช่เหล็ก การใช้กากตะกอนน้ำเสียทางอุตสาหกรรมในการเกษตร โดยเฉพาะอย่างยิ่งโรงฟอกหนัง และปุ๋ยแร่ ความเข้มข้นสูงสุดของโครเมียมในดินที่มีการปนเปื้อนทางเทคโนโลยีสูงถึง 400 มก./กก. หรือมากกว่า ซึ่งเป็นเรื่องปกติโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเมืองใหญ่ ใน Buryatia ตามข้อมูลการติดตามที่ดินที่ดำเนินการโดยสถานีบริการเคมีเกษตร "Buryatskaya" ในปี 2536-2540 มีพื้นที่ 22,000 เฮกตาร์ปนเปื้อนโครเมียม MPC ส่วนเกิน 1.6-1.8 เท่าถูกระบุไว้ในภูมิภาค Dzhidinsky (6.2 พันเฮกตาร์), Zakamensky (17.0 พันเฮกตาร์) และ Tunkinsky (14.0 พันเฮกตาร์) ความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาตสำหรับโครเมียมในดินในรัสเซียยังไม่ได้รับการพัฒนา แต่ในเยอรมนีสำหรับดินพื้นที่เกษตรกรรมคือ 200-500 สำหรับแปลงครัวเรือน - 100 มก. / กก.

อิทธิพลของโลหะหนักต่อจุลินทรีย์ในดิน

หนึ่งในตัวชี้วัดการวินิจฉัยมลพิษในดินที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือสถานะทางชีววิทยา ซึ่งสามารถประเมินได้จากความมีชีวิตของจุลินทรีย์ในดินที่อาศัยอยู่

ควรคำนึงด้วยว่าจุลินทรีย์มีบทบาทสำคัญในการอพยพของโลหะหนักในดิน ในกระบวนการของชีวิต พวกเขาทำหน้าที่เป็นผู้ผลิต ผู้บริโภค และตัวแทนการขนส่งในระบบนิเวศของดิน เชื้อราในดินหลายชนิดแสดงความสามารถในการตรึงโลหะหนัก ตรึงพวกมันไว้ในไมซีเลียม และแยกพวกมันออกจากวัฏจักรชั่วคราว นอกจากนี้เชื้อราที่ปล่อยกรดอินทรีย์ออกมาจะต่อต้านผลกระทบขององค์ประกอบเหล่านี้โดยสร้างส่วนประกอบที่มีความเป็นพิษน้อยกว่าและเข้าถึงพืชได้มากกว่าไอออนอิสระ

ภายใต้อิทธิพลของความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของโลหะหนักจะสังเกตเห็นกิจกรรมของเอนไซม์ลดลงอย่างรวดเร็ว: อะไมเลส, ดีไฮโดรจีเนส, ยูรีเอส, อินเวอร์เตส, คาตาเลสรวมถึงจำนวนกลุ่มจุลินทรีย์ที่มีคุณค่าทางการเกษตรบางกลุ่ม HMs ยับยั้งกระบวนการทำให้เป็นแร่และการสังเคราะห์สารต่างๆ ในดิน ระงับการหายใจของจุลินทรีย์ในดิน ทำให้เกิดผลทางจุลชีวะ และสามารถทำหน้าที่เป็นปัจจัยก่อกลายพันธุ์ได้ เมื่อมีโลหะหนักในดินมากเกินไปกิจกรรมของกระบวนการเผาผลาญจะลดลงการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาเกิดขึ้นในโครงสร้างของอวัยวะสืบพันธุ์และการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ ในสิ่งมีชีวิตในดิน HM สามารถระงับกิจกรรมทางชีวเคมีได้อย่างมีนัยสำคัญและทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในจำนวนจุลินทรีย์ในดินทั้งหมด

การปนเปื้อนในดินด้วยโลหะหนักทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในองค์ประกอบชนิดของจุลินทรีย์ในดินที่ซับซ้อน ตามรูปแบบทั่วไป มีการลดลงอย่างมีนัยสำคัญในความสมบูรณ์ของสายพันธุ์และความหลากหลายของไมโครไมซีตในดินที่ซับซ้อนเนื่องจากมลภาวะ ในชุมชนจุลินทรีย์ในดินที่ปนเปื้อน ชนิดของไมโครไมซีตที่ผิดปกติในสภาวะปกติและต้านทานต่อ HM จะปรากฏขึ้น ความทนทานของจุลินทรีย์ต่อมลพิษในดินขึ้นอยู่กับการอยู่ในกลุ่มที่เป็นระบบต่างๆ ชนิดของสกุล Bacillus ซึ่งเป็นจุลินทรีย์ไนตริไฟเออร์ มีความไวต่อโลหะหนักที่มีความเข้มข้นสูง pseudomonads, streptomycetes และจุลินทรีย์ที่ย่อยสลายเซลลูโลสหลายชนิดมีความทนทานมากกว่า ส่วนเชื้อราและแอคติโนไมซีตนั้นต้านทานได้มากที่สุด

ที่ความเข้มข้นต่ำของโลหะหนักจะมีการสังเกตการกระตุ้นการพัฒนาของชุมชนจุลินทรีย์จากนั้นเมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นการยับยั้งบางส่วนจะเกิดขึ้นและในที่สุดการปราบปรามที่สมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในองค์ประกอบของสปีชีส์จะถูกบันทึกที่ความเข้มข้น HM สูงกว่าพื้นหลัง 50-300 เท่า

ระดับของการยับยั้งกิจกรรมที่สำคัญของชุมชนจุลินทรีย์ยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของโลหะเฉพาะที่ก่อให้เกิดมลพิษในดิน ตะกั่วส่งผลเสียต่อกิจกรรมทางชีวภาพในดิน ยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ ลดความเข้มข้นของการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และจำนวนจุลินทรีย์ ทำให้เกิดการรบกวนในการเผาผลาญของจุลินทรีย์ โดยเฉพาะกระบวนการหายใจและการแบ่งเซลล์ ไอออนของแคดเมียมที่ความเข้มข้น 12 มก./กก. จะรบกวนการตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศ รวมถึงกระบวนการแอมโมนิฟิเคชัน ไนตริฟิเคชั่น และดีไนตริฟิเคชั่น เห็ดมีความอ่อนไหวต่อผลกระทบของแคดเมียมมากที่สุด และบางชนิดจะหายไปอย่างสมบูรณ์หลังจากที่โลหะเข้าสู่ดิน สังกะสีส่วนเกินในดินขัดขวางการหมักของการสลายตัวของเซลลูโลส, การหายใจของจุลินทรีย์, การกระทำของยูเรีย ฯลฯ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่กระบวนการเปลี่ยนแปลงของอินทรียวัตถุในดินหยุดชะงัก นอกจากนี้ ผลกระทบที่เป็นพิษของโลหะหนักยังขึ้นอยู่กับกลุ่มของโลหะและผลกระทบร่วมกัน (เป็นปฏิปักษ์ เสริมฤทธิ์กัน หรือสะสม) ที่มีต่อไมโครไบโอต้า ดังนั้นภายใต้อิทธิพลของการปนเปื้อนในดินด้วยโลหะหนักการเปลี่ยนแปลงจึงเกิดขึ้นในความซับซ้อนของจุลินทรีย์ในดิน สิ่งนี้แสดงให้เห็นในความสมบูรณ์และความหลากหลายของสายพันธุ์ที่ลดลงและการเพิ่มขึ้นของสัดส่วนของจุลินทรีย์ที่ทนต่อมลพิษ ความเข้มข้นของการทำให้ดินบริสุทธิ์ด้วยตนเองจากมลพิษขึ้นอยู่กับกิจกรรมของกระบวนการของดินและกิจกรรมที่สำคัญของจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่นั้น ระดับการปนเปื้อนของโลหะหนักในดินส่งผลต่อตัวชี้วัดกิจกรรมทางชีวเคมีของดิน โครงสร้างชนิดพันธุ์ และจำนวนชุมชนจุลินทรีย์ทั้งหมด ในดินที่มีปริมาณโลหะหนักเกินพื้นหลัง 2-5 เท่าหรือมากกว่านั้น ตัวบ่งชี้การทำงานของเอนไซม์แต่ละตัวจะเปลี่ยนไปอย่างเห็นได้ชัดที่สุด ชีวมวลรวมของชุมชนจุลินทรีย์อะไมโลไลติกเพิ่มขึ้นเล็กน้อย และตัวบ่งชี้ทางจุลชีววิทยาอื่น ๆ ก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ด้วยการเพิ่มปริมาณ HM ไปอีกระดับหนึ่ง ตัวชี้วัดบางอย่างของกิจกรรมทางชีวเคมีของจุลินทรีย์ในดินก็ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ มีการกระจายการครอบงำของชุมชนจุลินทรีย์อะไมโลไลติกในดิน ในดินที่มีโลหะหนักซึ่งมีความเข้มข้นสูงกว่าระดับพื้นหลังหนึ่งถึงสองลำดับความสำคัญ การเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ทางจุลชีววิทยาทั้งกลุ่มมีความสำคัญ จำนวนไมโครไมซีตในดินลดลง และสายพันธุ์ที่ต้านทานได้มากที่สุดเริ่มมีอำนาจเหนือกว่าอย่างแน่นอน เมื่อเนื้อหาของโลหะหนักในดินเกินพื้นหลังสามลำดับความสำคัญจะสังเกตการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของพารามิเตอร์ทางจุลชีววิทยาเกือบทั้งหมด ที่ความเข้มข้นของโลหะหนักในดินที่ระบุ จุลินทรีย์ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับดินที่ไม่มีการปนเปื้อนจะถูกยับยั้งและฆ่า ในเวลาเดียวกัน จุลินทรีย์จำนวนจำกัดที่ต้านทานต่อ HMs ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไมโครไมซีต กำลังพัฒนาอย่างแข็งขันและมีความโดดเด่นอย่างยิ่ง ในที่สุด เมื่อความเข้มข้นของ HM ในดินเกินระดับพื้นหลังเป็นสี่หรือมากกว่าลำดับความสำคัญ กิจกรรมทางจุลชีววิทยาของดินจะลดลงอย่างหายนะจะถูกตรวจพบ ซึ่งใกล้เคียงกับการตายโดยสิ้นเชิงของจุลินทรีย์

โลหะหนักในพืช

อาหารจากพืชเป็นแหล่งหลักของ HMs ในมนุษย์และสัตว์ ตามแหล่งข้อมูลต่างๆ พบว่า HM 40 ถึง 80% มาพร้อมกับมัน และมีเพียง 20-40% เท่านั้นที่มาพร้อมกับอากาศและน้ำ ดังนั้นการสาธารณสุขจึงขึ้นอยู่กับระดับการสะสมของโลหะในพืชที่ใช้เป็นอาหารเป็นส่วนใหญ่

องค์ประกอบทางเคมีของพืช ดังที่ทราบกันดีว่าสะท้อนองค์ประกอบองค์ประกอบของดิน ดังนั้นการสะสม HMs มากเกินไปโดยพืชมีสาเหตุหลักมาจากความเข้มข้นสูงในดิน ในช่วงชีวิตของพืช พืชจะสัมผัสกับโลหะหนักในรูปแบบที่มีอยู่เท่านั้น ซึ่งปริมาณของสารดังกล่าวจะสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดกับความสามารถในการกักเก็บดินของดิน อย่างไรก็ตาม ความสามารถของดินในการจับตัวและยับยั้งการทำงานของ HM นั้นมีข้อจำกัด และเมื่อดินไม่สามารถรับมือกับการไหลของโลหะที่เข้ามาได้อีกต่อไป การมีอยู่ของกลไกทางสรีรวิทยาและชีวเคมีในพืชเองที่ป้องกันไม่ให้พวกมันเข้ามาจึงมีความสำคัญ

กลไกของการต้านทานพืชต่อ HM ที่มากเกินไปสามารถแสดงออกได้ในทิศทางที่แตกต่างกัน: บางชนิดสามารถสะสม HM ที่มีความเข้มข้นสูงได้ แต่แสดงความอดทนต่อพวกมัน คนอื่นๆ พยายามลดการบริโภคโดยเพิ่มการทำงานของสิ่งกีดขวางให้สูงสุด สำหรับพืชส่วนใหญ่ ระดับอุปสรรคแรกคือราก โดยที่ HM ยังคงอยู่ได้มากที่สุด ลำดับถัดไปคือลำต้นและใบ และสุดท้ายคืออวัยวะและส่วนต่างๆ ของพืชที่รับผิดชอบการทำงานของระบบสืบพันธุ์ (ส่วนใหญ่มักเป็นเมล็ดพืช) และผลไม้ตลอดจนรากและหัวเป็นต้น)

อย่างไรก็ตาม รูปแบบเหล่านี้ไม่ได้เกิดซ้ำเสมอไป ซึ่งอาจเนื่องมาจากสภาพการเจริญเติบโตของพืชและความจำเพาะทางพันธุกรรม มีหลายกรณีที่พืชชนิดเดียวกันหลากหลายพันธุ์ที่ปลูกบนดินที่มีการปนเปื้อนเท่ากันนั้นมีโลหะหนักในปริมาณต่างกัน ความจริงข้อนี้เห็นได้ชัดว่าเกิดจากความหลากหลายภายในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ซึ่งสามารถแสดงออกได้ในกรณีที่มีมลภาวะทางเทคโนโลยีของสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ คุณสมบัติในพืชนี้สามารถเป็นพื้นฐานสำหรับการวิจัยการปรับปรุงพันธุ์ทางพันธุกรรมโดยมีเป้าหมายเพื่อสร้างพันธุ์ที่มีความสามารถในการป้องกันเพิ่มขึ้นโดยสัมพันธ์กับความเข้มข้นที่มากเกินไปของ HM

แม้จะมีความแปรปรวนอย่างมีนัยสำคัญของพืชต่าง ๆ ในการสะสมของโลหะหนัก แต่การสะสมทางชีวภาพขององค์ประกอบก็มีแนวโน้มที่แน่นอนซึ่งทำให้สามารถเรียงลำดับได้หลายกลุ่ม: 1) Cd, Cs, Rb - องค์ประกอบของการดูดซึมที่รุนแรง; 2) Zn, Mo, Cu, Pb, As, Co - ระดับการดูดซึมปานกลาง 3) Mn, Ni, Cr - การดูดซึมอ่อน และ 4) Se, Fe, Ba, Te - องค์ประกอบที่พืชเข้าถึงได้ยาก

อีกวิธีหนึ่งที่โลหะหนักจะเข้าสู่พืชได้ก็คือการดูดซึมทางใบจากกระแสลม มันเกิดขึ้นเมื่อโลหะหล่นจากชั้นบรรยากาศไปยังอุปกรณ์ใบไม้อย่างมีนัยสำคัญซึ่งส่วนใหญ่มักจะอยู่ใกล้กับสถานประกอบการอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ การเข้ามาของธาตุต่างๆ เข้าสู่พืชผ่านทางใบ (หรือการดูดซึมทางใบ) เกิดขึ้นเป็นหลักโดยผ่านการเจาะที่ไม่ผ่านกระบวนการเมตาบอลิซึมผ่านหนังกำพร้า HMs ที่ถูกดูดซึมโดยใบสามารถถ่ายโอนไปยังอวัยวะและเนื้อเยื่ออื่น ๆ และรวมอยู่ในการเผาผลาญ โลหะที่เกาะอยู่กับฝุ่นบนใบและลำต้นไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์หากพืชได้รับการล้างให้สะอาดก่อนรับประทาน อย่างไรก็ตาม สัตว์ที่กินพืชชนิดนี้สามารถได้รับโลหะหนักจำนวนมาก

เมื่อพืชเจริญเติบโต องค์ประกอบต่างๆ จะถูกกระจายไปทั่วอวัยวะต่างๆ ในเวลาเดียวกัน รูปแบบต่อไปนี้ในเนื้อหาถูกสร้างขึ้นสำหรับทองแดงและสังกะสี: ราก > ธัญพืช > ฟาง สำหรับตะกั่ว แคดเมียม และสตรอนเซียม จะมีรูปแบบที่แตกต่างกัน: ราก > ฟาง > เมล็ดพืช เป็นที่ทราบกันว่านอกเหนือจากความจำเพาะของสายพันธุ์พืชที่สัมพันธ์กับการสะสมของโลหะหนักแล้ว ยังมีรูปแบบทั่วไปบางอย่างอีกด้วย ตัวอย่างเช่น ปริมาณ HMs สูงที่สุดในผักใบและพืชหมักหญ้า และพบน้อยที่สุดในพืชตระกูลถั่ว ธัญพืช และพืชอุตสาหกรรม

ทำความสะอาดแหล่งน้ำจากโลหะอัลคาไลและโลหะหนักโดยใช้พืชน้ำที่สูงขึ้น

Zhutov A.S., Lobkova G.V., Gubina T.I., Rogacheva S.M. มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐ Saratov ตั้งชื่อตาม Gagarin Yu.A. ปัญหาสำคัญของระบบนิเวศสมัยใหม่คือการอนุรักษ์และการสืบพันธุ์ของทรัพยากรน้ำ ซึ่งประสบกับแรงกดดันอย่างมากจากกิจกรรมของมนุษย์อันเป็นผลมาจากกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ ในปัจจุบัน สารประกอบของโลหะหนัก (HM) เป็นสารมลพิษที่พบบ่อยที่สุดที่เข้าสู่แหล่งน้ำพร้อมกับของเสียจากอุตสาหกรรม และก่อให้เกิดอันตรายอย่างมีนัยสำคัญต่อสารชีวภาพเมื่อความเข้มข้นของ HM ในน้ำเกินมาตรฐานด้านสุขอนามัยและสุขอนามัย ปัญหาสิ่งแวดล้อมอีกประการหนึ่งเกิดจากการใช้น้ำแบบปิดในโรงงานด้านพลังงาน น้ำจะระเหยออกจากพื้นผิวของอ่างเก็บน้ำเทียมอย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่งผลให้ปริมาณเกลือในบ่อทำความเย็น (CP) เพิ่มขึ้น สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นคลอไรด์และซัลเฟตของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท การทำให้เป็นแร่ที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ทางไฮโดรเคมีของแหล่งน้ำ และทำให้การใช้น้ำในอุตสาหกรรมมีความซับซ้อนมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการรีไซเคิลน้ำประปา และจำเป็นต้องมีการทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติม ความเค็มของแหล่งน้ำมีอิทธิพลอย่างมากต่อการสะสมของสารอาหาร ต่อความหลากหลายของพันธุ์พืช และต่อกลไกการปรับตัวของธาตุอาหารหลังนี้ เมื่อเร็วๆ นี้ มีการใช้วิธีการทางชีวภาพเพื่อทำให้ระบบน้ำบริสุทธิ์ โดยเฉพาะการบำบัดด้วยแสง ซึ่งใช้ความสามารถของพืชน้ำระดับสูง (HAP) ในการสะสม ใช้ประโยชน์ และเปลี่ยนสภาพสารที่มีลักษณะทางเคมีต่างๆ ในระหว่างกระบวนการบำบัดด้วยแสง พืชจะดูดซับสารพิษ ยับยั้งการใช้งาน และกำจัดออกจากแหล่งน้ำพร้อมกับชีวมวล มีการอธิบายว่า VVR สามารถใช้ในการกรองแหล่งน้ำจากโลหะหนัก ยาฆ่าแมลง นิวไคลด์กัมมันตรังสี ฯลฯ สำหรับการศึกษาความสามารถของพืชน้ำชนิดต่างๆ ในการลดความเค็มของแหล่งน้ำนั้น ยังไม่มีการศึกษาดังกล่าวจนถึงปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม จากผลงานของผู้เขียนเกี่ยวกับการตอบสนองของสารที่ทำปฏิกิริยากับน้ำหลายชนิดต่อความเค็มของแหล่งน้ำ อาจสันนิษฐานได้ว่ามีความเป็นไปได้ที่จะใช้น้ำที่ตกค้างในการเปลี่ยนแร่ธาตุจากพืชในแหล่งน้ำ ในงานนี้ มีการศึกษากระบวนการสกัดไฟโตเอสเตรชันของเกลือของโลหะที่มีลักษณะต่างๆ (เป็นด่างและหนัก) โดยใช้ VVR ศึกษาความสามารถของ VVR: ฮอร์นเวิร์ต (Ceratophillum demersum L.), elodea (Elodea canadensis Rich. et Michx.) และ eichornia (Eichornia crassipes Mart.) ในการดูดซับเกลือของโลหะอัลคาไลในน้ำ จากตัวอย่างของบ่อทำความเย็นของ Balakovo NPP ได้มีการกำหนดความสามารถของระบบบำบัดน้ำและน้ำประเภทนี้ในการลดความเค็มของน้ำ เป็นที่ยอมรับกันว่าแมคโครไฟต์ทั้งหมดสามารถทนต่อเกลือ NaCl, Na2SO4 และ KCl ที่ความเข้มข้นสูงถึง 0.5-1 กรัม/ลิตร Eichornia มีความสามารถในการสกัดสูงสุดที่ความเข้มข้นของเกลือสูงถึง 1 กรัม/ลิตร อย่างไรก็ตาม เนื้อหาของเกลือเหล่านี้ใน BalNPP CP นั้นต่ำกว่าค่าที่ระบุมาก ซึ่งบ่งบอกถึงความเป็นไปได้ในการปลูกพืชที่เลือกในอ่างเก็บน้ำนี้ สำหรับ Elodea พบว่าการดูดซึมเกลือสูงสุดที่ความเข้มข้นเริ่มต้น: 1.5 g/l Na2SO4; โซเดียมคลอไรด์ 1 ก./ลิตร; KCl 0.5 กรัม/ลิตร และมีจำนวน 6.9%; 5.7%; 2.4% ตามลำดับ สำหรับฮอร์นเวิร์ต กระบวนการนี้จะได้ผลเมื่อมี NaCl เท่ากับ 1 กรัม/ลิตร (7%) Na2SO4 - 2 กรัม/ลิตร (14.3%); KCl - 2 ก./ล. (10.9%) การดูดซึมเกลืออย่างเข้มข้นโดย Eichornia ถูกบันทึกไว้ที่ความเข้มข้น NaCl เริ่มต้น 0.5 กรัม/ลิตร (8.8%); Na2SO4 - 0.5 กรัม/ลิตร (8.4%); KCl - 1 กรัม/ลิตร (9.5%) พิจารณาอิทธิพลของปัจจัยที่ไม่มีชีวิตต่อความเข้มข้นของกระบวนการแยกเกลือ พบว่าการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและความยาววันจะเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการดูดซับเกลือ ดังนั้นค่าที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเพาะปลูก elodea, Hornwort และ eichornia คืออุณหภูมิ 24°C และความยาววันคือ 12 ชั่วโมง Eichornia ลดความเข้มข้นของโซเดียมและแคลเซียมไอออนบวกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในเวลาเดียวกัน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เปอร์เซ็นต์การดูดซึมไอออนเหล่านี้ก็เพิ่มขึ้น ดังนั้น ที่อุณหภูมิ 20°C เปอร์เซ็นต์การดูดซึมโซเดียม ไอออนคือ 10.0% และที่อุณหภูมิ 27°C - 21.5% สำหรับแคลเซียมไอออน ตัวเลขที่คล้ายกันคือ 32.1% และ 36.3% ตามลำดับ แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าเมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 14°C เกลือจะถูกปล่อยออกมาจากเอโลเดียและฮอร์นเวิร์ต ซึ่งอาจทำให้เกิดมลพิษทุติยภูมิในอ่างเก็บน้ำ ในตาราง รูปที่ 1 แสดงข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับการดูดซับไอออนต่างๆ อันเป็นผลจากการเพาะปลูกพืชใน BalNPP CP เป็นเวลา 10 วัน ซึ่งบ่งชี้ว่า Eichornia ยังมีความสามารถที่ดีที่สุดในการดูดซับแอนไอออนอีกด้วย

...

เอกสารที่คล้ายกัน

ลักษณะทั่วไปของโลหะหนัก รูปแบบในสิ่งแวดล้อม แหล่งที่มาของโลหะหนักเข้าสู่สิ่งแวดล้อม ทฤษฎีและวิธีการบ่งชี้ทางชีวภาพ วัตถุทางชีวภาพที่เป็นตัวชี้วัดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมด้วยโลหะหนัก

งานหลักสูตร เพิ่มเมื่อ 27/09/2013

แหล่งที่มาของโลหะหนักเข้าสู่ระบบนิเวศทางน้ำ พิษของโลหะหนักต่อมนุษย์ การประเมินระดับการปนเปื้อนของน้ำผิวดินของอ่างเก็บน้ำที่ตั้งอยู่ในอาณาเขตของเมืองโกเมลด้วยตะกั่ว ทองแดง โครเมียม สังกะสี และนิกเกิล

วิทยานิพนธ์เพิ่มเมื่อ 06/08/2013

ศึกษาประเด็นหลักด้านสิ่งแวดล้อมและเคมีของปัญหาการกระจายตัวของโลหะหนักในสิ่งแวดล้อม รูปแบบของโลหะหนักในน้ำผิวดินและความเป็นพิษ โลหะหนักในดินและพืช จุลินทรีย์ในดิน

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 25/12/2553

แนวคิดเรื่องโลหะหนัก คุณสมบัติทางชีวธรณีเคมี และรูปแบบการเกิดขึ้นในสิ่งแวดล้อม การเคลื่อนตัวของโลหะหนักในดิน ประเภทของการควบคุมโลหะหนักในดินและพืช วิธีการเติมอากาศและไฮโดรเจนในมลพิษในดินในเมือง

งานหลักสูตรเพิ่มเมื่อ 07/10/2558

แหล่งที่มา ธรรมชาติ และระดับมลพิษของดินและดินในเมือง พื้นที่ของเชเลียบินสค์อยู่ภายใต้มลภาวะที่รุนแรงที่สุด ผลของการปนเปื้อนของโลหะหนักในดินต่อพืชพรรณ รูปแบบการเกิดโลหะหนักในการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและดิน

วิทยานิพนธ์เพิ่มเมื่อ 10/02/2558

ทำความคุ้นเคยกับวิธีการตรวจจับโลหะหนักในพืชน้ำชั้นสูงในแหล่งน้ำของเมืองโกเมล แมงกานีสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการหายใจและการดูดซึมไนเตรต การพิจารณาคุณสมบัติของกระบวนการดูดซับโลหะโดยสิ่งมีชีวิตของพืช

วิทยานิพนธ์เพิ่มเมื่อ 31/08/2556

ลักษณะของโลหะหนักและการแพร่กระจายของโลหะหนักในสิ่งแวดล้อม พิษวิทยาทางคลินิกและสิ่งแวดล้อมของโลหะหนัก วิธีการดูดซับอะตอมเพื่อกำหนดปริมาณโลหะหนัก การเตรียมและการเก็บตัวอย่างอินทรีย์ของสิ่งมีชีวิตในน้ำ

งานทางวิทยาศาสตร์ เพิ่มเมื่อ 02/03/2016

สมบัติทางกายภาพและเคมีของโลหะหนัก การทำให้ปริมาณโลหะหนักในน้ำเป็นมาตรฐาน มลพิษของน้ำธรรมชาติอันเป็นผลมาจากกิจกรรมของมนุษย์วิธีการทำให้บริสุทธิ์จากการมีโลหะหนัก การกำหนดลักษณะการดูดซับของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนบวก

งานหลักสูตรเพิ่มเมื่อ 23/02/2014

ข้อเสนอทางเทคนิคเพื่อลดระดับความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมของสภาพแวดล้อมทางทะเล ทำความสะอาดสภาพแวดล้อมทางทะเลจากสารประกอบโลหะหนักและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม การดูดซับสิ่งเจือปนที่ระเหยง่าย การทำน้ำที่ปนเปื้อนให้บริสุทธิ์โดยใช้ระบบรีเวิร์สออสโมซิสและการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน

งานภาคปฏิบัติ เพิ่มเมื่อ 02/09/2558

โลหะหนักในสิ่งแวดล้อมทางน้ำ ผลของออกไซด์ของโลหะหนักต่อร่างกายของสัตว์น้ำจืดบางชนิด การดูดซับและการกระจายของโลหะหนักในไฮโดรไฟต์ ผลของออกไซด์ของโลหะหนักในรูปแบบนาโนต่อการเจริญเติบโตและอัตราการตายของปลาหางนกยูง

โลหะหนักในการติดตามระบบนิเวศของระบบน้ำ

โลหะหนักในการติดตามระบบนิเวศของระบบน้ำ

ฮ. เอส. บุดนิคอฟ

บางแง่มุมของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งมลพิษจากน้ำผิวดินที่เกิดจากโลหะหนัก จะมีการพูดคุยกันในระดับสหวิทยาการ มีบทบาททางชีววิทยาสองประการของโลหะในฐานะส่วนประกอบของชีวิตและเป็นสารพิษ งานวิเคราะห์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการประเมินสภาวะสิ่งแวดล้อมอย่างสม่ำเสมอ

จี.เค. บุดนิคอฟ
มหาวิทยาลัยแห่งรัฐคาซาน

ในบรรดาสารมลพิษในชีวมณฑลที่เป็นที่สนใจมากที่สุดสำหรับบริการควบคุมคุณภาพต่างๆ โลหะ (โดยหลักแล้วหนัก กล่าวคือ มีน้ำหนักอะตอมมากกว่า 40) เป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุด นี่เป็นสาเหตุหลักมาจากกิจกรรมทางชีวภาพของคนส่วนใหญ่ ผลกระทบทางสรีรวิทยาของโลหะต่อร่างกายมนุษย์และสัตว์จะแตกต่างกันและขึ้นอยู่กับลักษณะของโลหะ ชนิดของสารประกอบที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ตลอดจนความเข้มข้นของโลหะนั้น โลหะหนักหลายชนิดแสดงคุณสมบัติการเกิดสารเชิงซ้อนที่เด่นชัด ดังนั้นในตัวกลางที่เป็นน้ำไอออนของโลหะเหล่านี้จึงมีไฮเดรตและสามารถสร้างสารประกอบเชิงซ้อนไฮดรอกโซต่างๆได้ซึ่งองค์ประกอบนั้นขึ้นอยู่กับความเป็นกรดของสารละลาย หากมีไอออนหรือโมเลกุลของสารประกอบอินทรีย์อยู่ในสารละลาย ไอออนของโลหะเหล่านี้จะก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนที่มีโครงสร้างและความเสถียรต่างกัน ในบรรดาโลหะหนัก บางชนิดมีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ และอยู่ในองค์ประกอบที่เรียกว่าองค์ประกอบทางชีวภาพ บางชนิดก็ทำให้เกิดผลตรงกันข้าม และเมื่อพวกมันเข้าไปในสิ่งมีชีวิต ก็จะทำให้เป็นพิษหรือเสียชีวิตได้ โลหะเหล่านี้จัดอยู่ในกลุ่มซีโนไบโอติกส์ ซึ่งก็คือมนุษย์ต่างดาวสำหรับสิ่งมีชีวิต ผู้เชี่ยวชาญด้านการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมได้ระบุกลุ่มลำดับความสำคัญในหมู่โลหะที่เป็นพิษ ประกอบด้วยแคดเมียม ทองแดง สารหนู นิกเกิล ปรอท ตะกั่ว สังกะสี และโครเมียม ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และสัตว์มากที่สุด ในจำนวนนี้ปรอท ตะกั่ว และแคดเมียมเป็นพิษมากที่สุด แหล่งกำเนิดมลพิษที่เป็นไปได้ของชีวมณฑลที่มีโลหะหนัก ได้แก่ สถานประกอบการด้านโลหะวิทยาที่มีเหล็กและอโลหะ (การปล่อยละอองลอยที่ก่อให้เกิดมลพิษในบรรยากาศ น้ำทิ้งทางอุตสาหกรรมที่ก่อให้เกิดมลพิษต่อน้ำผิวดิน) วิศวกรรมเครื่องกล (อ่างชุบของการชุบทองแดง การชุบนิกเกิล การชุบโครเมี่ยม การชุบแคดเมียม) โรงงานแปรรูปแบตเตอรี่ และการขนส่งรถยนต์

นอกจากแหล่งที่มาของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมโดยมนุษย์ด้วยโลหะหนักแล้ว ยังมีแหล่งธรรมชาติอื่น ๆ เช่นการปะทุของภูเขาไฟ: แคดเมียมถูกค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ในผลิตภัณฑ์จากการปะทุของภูเขาไฟเอตนาบนเกาะซิซิลีในทะเลเมดิเตอร์เรเนียน โลหะพิษที่มีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นในน้ำผิวดินของทะเลสาบบางแห่งอาจเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากฝนกรด ซึ่งนำไปสู่การละลายของแร่ธาตุและหินที่ถูกล้างโดยทะเลสาบเหล่านี้ แหล่งที่มาของมลพิษทั้งหมดนี้ทำให้เนื้อหาของสารมลพิษที่เป็นโลหะในชีวมณฑลหรือส่วนประกอบ (อากาศ น้ำ ดิน สิ่งมีชีวิต) เพิ่มขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับระดับพื้นหลังตามธรรมชาติที่เรียกว่า แม้ว่าตามที่กล่าวไว้ข้างต้น การเข้ามาของโลหะที่เป็นพิษสามารถเกิดขึ้นได้จากการถ่ายโอนละอองลอย แต่ส่วนใหญ่จะแทรกซึมเข้าไปในสิ่งมีชีวิตผ่านทางน้ำ เมื่ออยู่ในร่างกาย โลหะที่เป็นพิษส่วนใหญ่มักจะไม่ได้รับการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญใด ๆ เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับสารพิษอินทรีย์ และเมื่อเข้าสู่วงจรทางชีวเคมี พวกมันจะปล่อยมันไว้ช้ามาก

เพื่อตรวจสอบคุณภาพของน้ำผิวดิน จึงมีการสร้างบริการสังเกตการณ์ทางน้ำทางชีวภาพต่างๆ พวกเขาติดตามสถานะของมลพิษของระบบนิเวศทางน้ำภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลของมนุษย์ เนื่องจากระบบนิเวศดังกล่าวมีทั้งตัวกลาง (น้ำ) และส่วนประกอบอื่น ๆ (ตะกอนด้านล่างและสิ่งมีชีวิต - ไฮโดรไบโอออน) ข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายตัวของโลหะหนักระหว่างองค์ประกอบแต่ละส่วนของระบบนิเวศจึงมีความสำคัญมาก ข้อมูลที่เชื่อถือได้ในกรณีนี้สามารถรับได้โดยใช้วิธีการวิเคราะห์เคมีสมัยใหม่ซึ่งทำให้สามารถระบุเนื้อหาของโลหะหนักที่ระดับความเข้มข้นพื้นหลังได้

ควรสังเกตว่าความก้าวหน้าในการพัฒนาวิธีการวิเคราะห์ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาระดับโลกเช่นการระบุแหล่งที่มาหลักได้
มลพิษทางชีวมณฑล การสร้างพลวัตของมลพิษและการเปลี่ยนแปลงของสารมลพิษ การถ่ายเทและการอพยพ ในขณะเดียวกัน โลหะหนักก็ถูกจัดประเภทเป็นหนึ่งในวัตถุที่สำคัญที่สุดในการวิเคราะห์ เนื่องจากเนื้อหาในวัสดุธรรมชาติอาจแตกต่างกันอย่างมาก วิธีการพิจารณาจึงต้องมีวิธีแก้ไขปัญหา จากความพยายามของนักวิทยาศาสตร์วิเคราะห์ในหลายประเทศ จึงมีการพัฒนาวิธีการที่ช่วยให้สามารถตรวจวัดโลหะหนักที่ระดับ femtogram (10 - 15 กรัม) หรือเมื่อมีอะตอม (!) หนึ่งอะตอมในปริมาตรตัวอย่างที่วิเคราะห์ เช่น นิกเกิลในเซลล์ที่มีชีวิต ไม่เพียงแต่นักเคมีวิเคราะห์ นักชีววิทยา และนักนิเวศวิทยา (กิจกรรมของพวกเขามักจะเกี่ยวข้องกับปัญหานี้) กำลังแสดงความสนใจอย่างมืออาชีพในปัญหาที่ซับซ้อนและหลากหลายแง่มุมที่แสดงโดยมลพิษทางเคมีของสิ่งแวดล้อมที่มีโลหะหนัก และครอบคลุมสาขาวิชาต่างๆ และได้กลายเป็นสหวิทยาการอิสระแล้ว สาขาวิชาความรู้ แต่ยังรวมถึงแพทย์ด้วย กระแสข้อมูลทางวิทยาศาสตร์และวิทยาศาสตร์ยอดนิยมตลอดจนในสื่อต่างๆ มีเนื้อหาเกี่ยวกับอิทธิพลของโลหะหนักที่มีต่อสุขภาพของมนุษย์เพิ่มมากขึ้น ดังนั้นในสหรัฐอเมริกาจึงให้ความสนใจกับการแสดงอาการก้าวร้าวในเด็กเนื่องจากมีสารตะกั่วในร่างกายเพิ่มขึ้น ในภูมิภาคอื่นๆ ของโลก จำนวนอาชญากรรมและการฆ่าตัวตายที่เพิ่มขึ้นก็สัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของสารพิษเหล่านี้ในสิ่งแวดล้อมด้วย เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะหารือเกี่ยวกับประเด็นทางเคมีและเคมีนิเวศน์บางประการเกี่ยวกับปัญหาการกระจายตัวของโลหะหนักในสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะในน้ำผิวดิน

เป็นเวลานานแล้วที่มีความเชื่ออย่างแน่วแน่ว่าหน้าที่ทางชีววิทยาที่สำคัญนั้นดำเนินการโดยโซเดียม โพแทสเซียม แมกนีเซียม เหล็กและแคลเซียมเท่านั้น ซึ่งรวมกันแล้วให้อะตอมโลหะเกือบ 99% ทั้งหมดในร่างกายมนุษย์ และ (ยกเว้นเหล็ก) ก็เป็นของเช่นกัน ไปยังกลุ่มขององค์ประกอบมาโคร อะตอมที่ถูกไฮเดรตของโลหะสี่ชนิดนี้ ได้แก่ โซเดียม โพแทสเซียม แมกนีเซียม และแคลเซียม มีส่วนร่วมในกระบวนการออสโมซิสและการส่งสัญญาณประสาท และยังเป็นตัวกำหนดความแข็งแรงของเนื้อเยื่อกระดูกโครงร่างด้วย เหล็กเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลฮีโมโกลบินซึ่งเป็นโปรตีนที่สำคัญที่สุดที่เกี่ยวข้องกับการจับออกซิเจนในบรรยากาศและถ่ายโอนไปยังเซลล์ของอวัยวะและเนื้อเยื่อนั่นคือในระหว่างกระบวนการหายใจ ความสนใจในหน้าที่ของธาตุทรานซิชัน ซึ่ง (รวมถึงเหล็ก) จัดอยู่ในประเภทโลหะหนักและพบในปริมาณเล็กน้อยในร่างกาย ปรากฏค่อนข้างเร็ว ๆ นี้ วิทยาศาสตร์สาขาใหม่เกิดขึ้น - เคมีอนินทรีย์ชีวภาพซึ่งศึกษาโครงสร้างคุณสมบัติและปฏิกิริยาของสารประกอบขององค์ประกอบทางชีวภาพในร่างกาย เนื่องจากเนื้อหาในร่างกายมีน้อย พวกเขาจึงเริ่มถูกเรียกว่าองค์ประกอบขนาดเล็ก

ความสำคัญขององค์ประกอบขนาดเล็กในการใช้งานฟังก์ชั่นที่สำคัญของมนุษย์ได้รับการพิสูจน์แล้วสำหรับองค์ประกอบหลายอย่าง (แมงกานีส, สังกะสี, โมลิบดีนัม, ฟลูออรีน, ไอโอดีนและซีลีเนียม) และสำหรับองค์ประกอบอื่น ๆ (โครเมียม, นิกเกิล, วาเนเดียม, ดีบุก, สารหนู, ซิลิคอน) น่าจะเป็น เกณฑ์หลักในการแยกแยะองค์ประกอบมาโครจากองค์ประกอบย่อยคือความต้องการของร่างกายสำหรับองค์ประกอบดังกล่าว ซึ่งกำหนดเป็น มก./กก. ของน้ำหนักต่อวัน องค์ประกอบย่อยทั้งหมดเหล่านี้ทำงานในร่างกายทั้งในรูปของไอออนไฮเดรตหรือในรูปของสารประกอบโคออร์ดิเนชัน เช่นเดียวกับเหล็ก

เป็นที่ทราบกันว่าร่างกายมนุษย์ประกอบด้วยโลหะที่ไม่เปลี่ยนผ่านส่วนใหญ่ และในปริมาณเล็กน้อย เช่น ปรอทจากการอุดฟัน ตะกั่ว พลวงและสารหนูจากหมึกพิมพ์ในหนังสือพิมพ์และหนังสือ ทองแดง ดีบุก แมงกานีส และอลูมิเนียมจากห้องครัว เครื่องใช้ในครัว. อย่างไรก็ตาม ก่อนอื่นเลย จะไม่พิจารณาโลหะเหล่านี้ แต่จะพิจารณาถึงโลหะที่สำคัญซึ่งก็คือโลหะชีวภาพ ในร่างกายมนุษย์และสัตว์ในกระบวนการของชีวิต ปฏิกิริยาเคมีของเอนไซม์จำนวนมากเกิดขึ้นพร้อมกับการแตกของพันธะที่แข็งแกร่งมากนั่นคือปฏิกิริยาที่สามารถทำได้ในห้องปฏิบัติการเท่านั้นภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยเช่นที่ระดับสูง ความดันหรืออุณหภูมิ

แม้ว่าโมเลกุลของเอนไซม์ที่ประกอบด้วยโลหะสามารถทนต่อวงจรการเร่งปฏิกิริยาได้หลายพันรอบ แต่กระบวนการเผาผลาญที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตสามารถนำไปสู่การทำลายเอนไซม์บางชนิดและการกำจัดโลหะในปริมาณที่สอดคล้องกันออกจากร่างกาย ดังนั้นจึงมีความจำเป็นต้องชดเชยการสูญเสียเหล่านี้ เนื่องจากการขาดธาตุขนาดเล็กจะนำไปสู่การหยุดชะงักของการทำงานที่สำคัญของร่างกายซึ่งอาจส่งผลให้เกิดโรคต่างๆ ปริมาณของธาตุขนาดเล็กที่นำมาใช้สามารถควบคุมได้ด้วยอาหารและหากจำเป็น เช่น เพื่อป้องกันโรค โดยการรับประทานยาพิเศษ ซึ่งมักผลิตในรูปของวัตถุเจือปนอาหาร ตัวอย่างเช่นเราสามารถอ้างถึงคอมเพล็กซ์ของวิตามินและองค์ประกอบขนาดเล็กที่รู้จักกันดีซึ่งใช้ในโภชนาการของนักกีฬาและกลุ่มอาชีพที่ทำงานในสภาวะแวดล้อมที่รุนแรง

ควรสังเกตว่าความแข็งแรงของพันธะเคมีของโปรตีนและส่วนประกอบของเลือดที่สำคัญทางชีวภาพอื่น ๆ ที่มีไอออนของโลหะใด ๆ นั้นเพียงพอสำหรับช่วงเวลาสำคัญที่โลหะยังคงอยู่ในร่างกายในรูปแบบของคอมเพล็กซ์ที่มีโปรตีนอะมิโน กรดและสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่นๆ ดังนั้นหากโลหะส่วนเกินเข้าสู่ร่างกายโลหะเหล่านี้อาจทำให้การทำงานหยุดชะงักเป็นพิษหรือเสียชีวิตได้ ระดับของผลกระทบดังกล่าวไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นที่เกินระดับหนึ่งเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับลักษณะของโลหะด้วย โดยหลักแล้วคือความสามารถในการทำให้เกิดปฏิกิริยาเชิงซ้อน ดังนั้น หากความสามารถในการขึ้นรูปเชิงซ้อนของโลหะที่เป็นพิษสูงเพียงพอ มันก็สามารถแทนที่ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะชีวภาพจากศูนย์กลางที่แอคทีฟอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงแข่งขันหรือผูกเข้ากับตัวเองกับสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพส่วนใหญ่ที่ครอบงำซึ่งใช้สำหรับการสังเคราะห์ เอนไซม์สำคัญตัวใดตัวหนึ่ง

ควรสังเกตด้วยว่าเฉพาะองค์ประกอบทางชีวภาพที่มีอยู่ในผลิตภัณฑ์อาหารในรูปของเกลือของกรดอินทรีย์และสารประกอบเคมีที่ละลายได้อื่น ๆ เท่านั้นที่มีคุณค่าทางชีวภาพ ซึ่งส่วนใหญ่มักจะซับซ้อน เอกสารที่เกี่ยวข้องกับการประเมินคุณภาพผลิตภัณฑ์อาหารให้ข้อมูลเกี่ยวกับเนื้อหาขององค์ประกอบย่อยบางอย่างในผลไม้ ผัก เนื้อสัตว์ นม ฯลฯ

แนวคิดเกี่ยวกับองค์ประกอบมหภาคและองค์ประกอบย่อยไม่สามารถแยกแยะได้ชัดเจนเสมอไปหากใช้การแบ่งส่วนนี้กับสิ่งมีชีวิตกลุ่มต่างๆ ตัวอย่างเช่น สำหรับพืช ชุดขององค์ประกอบย่อยที่สำคัญจะแตกต่างอย่างชัดเจนจากชุดของสัตว์ชั้นสูง อย่างไรก็ตาม พืชยังต้องการองค์ประกอบขนาดเล็กในดินในระดับหนึ่ง ซึ่งโดยปกติแล้วจะทำได้โดยการใช้สิ่งที่เรียกว่าปุ๋ยขนาดเล็ก ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นชุดขององค์ประกอบจุลินทรีย์ทางชีวภาพ: สังกะสี วานาเดียม โมลิบดีนัม ทองแดง โคบอลต์ เหล็ก แมงกานีส

ตัวบ่งชี้คุณภาพที่อยู่อาศัยที่สำคัญที่สุดคือระดับความบริสุทธิ์ของน้ำผิวดิน โลหะที่เป็นพิษซึ่งครั้งหนึ่งเคยอยู่ในอ่างเก็บน้ำหรือแม่น้ำ จะถูกกระจายไปตามองค์ประกอบของระบบนิเวศทางน้ำ อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าโลหะทุกปริมาณจะทำให้เกิดการหยุดชะงักของระบบนี้ เมื่อประเมินความสามารถของระบบนิเวศในการต้านทานผลกระทบที่เป็นพิษภายนอก เป็นเรื่องปกติที่จะพูดถึงความจุบัฟเฟอร์ของระบบนิเวศ ดังนั้น ความจุบัฟเฟอร์ของระบบนิเวศน้ำจืดที่เกี่ยวข้องกับโลหะหนักจึงเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นปริมาณของโลหะที่เป็นพิษ ซึ่งปริมาณของโลหะดังกล่าวไม่ได้ขัดขวางการทำงานตามธรรมชาติของระบบนิเวศทั้งหมดที่อยู่ในการศึกษาวิจัยอย่างมีนัยสำคัญ ในกรณีนี้โลหะที่เป็นพิษนั้นจะถูกกระจายไปตามส่วนประกอบดังต่อไปนี้: 1) โลหะในรูปแบบที่ละลาย; 2) ดูดซับและสะสมโดยแพลงก์ตอนพืช ได้แก่ จุลินทรีย์ในพืช 3) กักเก็บโดยตะกอนด้านล่างอันเป็นผลมาจากการตกตะกอนของอนุภาคอินทรีย์และแร่ธาตุที่แขวนลอยจากสภาพแวดล้อมทางน้ำ 4) ดูดซับบนพื้นผิวของตะกอนด้านล่างโดยตรงจากสภาพแวดล้อมทางน้ำในรูปแบบที่ละลายน้ำได้ 5) ตั้งอยู่ในรูปแบบดูดซับบนอนุภาคแขวนลอย ในรูป รูปที่ 1 แสดงการกระจายของโลหะที่เป็นพิษ (M) ในระบบนิเวศทางน้ำตามแผนผัง

วิธีที่โลหะที่เป็นพิษ M เข้าสู่ระบบนิเวศทางน้ำและรูปแบบของการเกิดขึ้นไม่เพียงแต่การมีอยู่ของอินทรียวัตถุที่ละลายและสารแขวนลอยเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงความสามารถในการสะสมของไฮโดรไบโอออนต์ เช่นเดียวกับจลนพลศาสตร์ของการดูดซับไอออนของโลหะโดยส่วนประกอบทั้งหมด ของระบบนิเวศรวมถึงการก่อตัวที่ซับซ้อนด้วยสารอินทรีย์ที่ละลายอยู่ ทั้งหมดนี้บ่งบอกถึงความซับซ้อนของกระบวนการที่เกิดขึ้นในน้ำผิวดินเมื่อมีมลพิษจากโลหะเข้ามา ในรูป รูปที่ 2 แสดงแผนภาพการกระจายตัวของโลหะที่เป็นพิษในน้ำผิวดินตามธรรมชาติ ซึ่งสะท้อนในแง่ทั่วไปถึงกระบวนการทางเคมีและเคมีกายภาพของการจับโลหะเหล่านั้นในรูปแบบต่างๆ เป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่ากรดฮิวมิกซึ่งเป็นสารประกอบโมเลกุลสูงตามธรรมชาติจำเพาะเหล่านี้เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนแปลงของสารตกค้างจากพืชในดินภายใต้อิทธิพลของจุลินทรีย์ เห็นได้ชัดว่าสามารถจับไอออนของโลหะหนักให้เป็นสารเชิงซ้อนที่เสถียรได้ในระดับสูงสุด ดังนั้นค่าคงที่ความเสถียรของฮิวเมตที่สอดคล้องกัน (สารประกอบเชิงซ้อนของไอออนโลหะหนักที่มีกรดฮิวมิก) มีค่าอยู่ในช่วง 10 5 –10 12 ขึ้นอยู่กับลักษณะของโลหะ ความคงตัวของฮิวเมตขึ้นอยู่กับความเป็นกรดของสภาพแวดล้อมทางน้ำ

แม้ว่าลักษณะการวิเคราะห์ทางเคมีของปัญหาในการกำหนดรูปแบบการดำรงอยู่ของโลหะในน้ำธรรมชาตินั้นถูกกำหนดขึ้นเมื่อประมาณ 20 ปีที่แล้ว แต่มีเพียงวิธีการวิเคราะห์ล่าสุดเท่านั้นที่ทำให้ปัญหานี้เข้าถึงได้ ก่อนหน้านี้ เฉพาะปริมาณรวมของโลหะหนักในน้ำเท่านั้นที่ถูกกำหนด และกำหนดการกระจายระหว่างรูปแบบที่แขวนลอยและรูปแบบที่ละลาย ตัดสินคุณภาพของน้ำที่ปนเปื้อนด้วยโลหะโดยอาศัยการเปรียบเทียบข้อมูลปริมาณรวมกับค่า MPC ตอนนี้การประเมินดังกล่าวถือว่าไม่สมบูรณ์และไม่มีมูลความจริงเนื่องจากผลกระทบทางชีวภาพของโลหะถูกกำหนดโดยสถานะของมันในน้ำและตามกฎแล้วสิ่งเหล่านี้จะซับซ้อนด้วยส่วนประกอบต่าง ๆ (รูปที่ 2) ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ในบางกรณี เมื่อทำปฏิกิริยากับสารประกอบอินทรีย์ที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติ สารเชิงซ้อนเหล่านี้ไม่เพียงแต่มีพิษต่ำเท่านั้น แต่มักจะมีผลกระตุ้นต่อการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตในน้ำ เนื่องจากในกรณีนี้ สารเชิงซ้อนเหล่านี้มีอยู่ทางชีวภาพ ต่อสิ่งมีชีวิต

ดังนั้น ความเป็นพิษของน้ำเมื่อปนเปื้อนด้วยโลหะหนักส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของไอออนของน้ำที่เป็นโลหะหรือสารประกอบเชิงซ้อนอย่างง่ายที่มีไอออนอนินทรีย์ การมีสารเชิงซ้อนอื่นๆ และสารอินทรีย์เป็นหลักจะช่วยลดความเป็นพิษได้ ปรากฏการณ์การสะสมของสารพิษในตะกอนด้านล่างที่กล่าวข้างต้นอาจทำให้เกิดความเป็นพิษรองของน้ำได้ แท้จริงแล้ว แม้ว่าแหล่งกำเนิดมลพิษจะถูกกำจัดออกไปแล้ว และอย่างที่พวกเขากล่าวว่า "น้ำก็เป็นเรื่องปกติ" การโยกย้ายแบบย้อนกลับของโลหะจากตะกอนด้านล่างลงสู่น้ำก็เป็นไปได้ในอนาคต การพยากรณ์สถานะของระบบน้ำจึงควรอาศัยข้อมูลจากการวิเคราะห์ส่วนประกอบทั้งหมดซึ่งดำเนินการในช่วงเวลาหนึ่ง

กรณีที่อยากรู้อยากเห็นคือการค้นพบเงินฝากของชาด (ปรอทซัลไฟด์) ในภูมิภาคหนึ่งของคาร์พาเทียน สำหรับนักธรณีวิทยา การค้นพบนี้เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจ ปรากฎว่าในยุคกลางในหมู่บ้านที่ตั้งอยู่บนภูเขาทางต้นน้ำของแม่น้ำ มีการใช้สารปรอทอย่างเป็นระบบในการรักษาโรคบางชนิด เมื่อเวลาผ่านไปหลายปี แม่น้ำก็รวบรวมโลหะนี้ พัดพาไปตามกระแสน้ำและสะสมไว้ในกับดักธรรมชาติชนิดหนึ่งในรูปของตะกอนด้านล่าง ในที่สุดการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมก็ประสบความสำเร็จโดยชาด ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่าในธรรมชาติมีการเคลื่อนไหว การอพยพ และการสะสมของสารพิษที่มีต้นกำเนิดจากมนุษย์อย่างต่อเนื่อง ขณะเดียวกันก็มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีให้อยู่ในรูปแบบที่เสถียรมากขึ้น

จากรายการสารมลพิษที่เป็นโลหะที่มีลำดับความสำคัญสูง เราถือว่าสารปรอท ตะกั่ว และแคดเมียมเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และสัตว์มากที่สุด

ปรอท.

ในสิ่งแวดล้อม สารประกอบปรอทที่มีระดับการออกซิเดชันของโลหะต่างกัน ซึ่งก็คือ Hg(0), Hg(I), Hg(II) สามารถทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันได้ อันตรายที่ใหญ่ที่สุดเกิดจากสารประกอบอินทรีย์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอัลคิล

รูปแบบการดำรงอยู่ของโลหะในน้ำผิวดิน

ความเป็นพิษลดลง (มากถึง 97%) – น้ำผิวดินในมหาสมุทร ประมาณครึ่งหนึ่งของปรอททั้งหมดเข้าสู่สภาพแวดล้อมทางธรรมชาติเนื่องจากสาเหตุที่มนุษย์สร้างขึ้น

ความเป็นกรดของสิ่งแวดล้อมและศักยภาพในการออกซิเดชั่นส่งผลต่อการมีอยู่ของสารปรอทในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งในสภาพแวดล้อมทางน้ำ ดังนั้นในแหล่งกักเก็บที่มีอากาศถ่ายเทได้ดี สารประกอบ Hg(II) จึงมีอิทธิพลเหนือกว่า ไอออนของปรอทจับตัวเป็นสารเชิงซ้อนที่เสถียรได้อย่างง่ายดายด้วยสารอินทรีย์ต่างๆ ที่พบในน้ำและทำหน้าที่เป็นลิแกนด์ สารประกอบเชิงซ้อนที่แข็งแกร่งโดยเฉพาะนั้นเกิดขึ้นจากสารประกอบที่มีกำมะถัน ปรอทสามารถดูดซับได้ง่ายบนอนุภาคแขวนลอยของน้ำ ในกรณีนี้ปัจจัยความเข้มข้นที่เรียกว่าบางครั้งถึง 10 5 นั่นคือปรอทมีความเข้มข้นกับอนุภาคเหล่านี้มากกว่าหนึ่งแสนเท่ามากกว่าที่อยู่ในสมดุลในสภาพแวดล้อมทางน้ำ ตามมาว่าชะตากรรมของโลหะจะถูกกำหนดโดยการดูดซับโดยอนุภาคแขวนลอยตามด้วยการตกตะกอนนั่นคือการกำจัดปรอทออกจากระบบน้ำโดยพื้นฐานแล้วจะเกิดขึ้นดังที่ได้อธิบายไว้แล้วในตัวอย่างของการก่อตัวของการสะสมของชาดใน ภูมิภาคคาร์เพเทียน ควรสังเกตว่าการดูดซับปรอทจากตะกอนด้านล่างเกิดขึ้นอย่างช้าๆ ดังนั้นการปนเปื้อนซ้ำของน้ำผิวดินหลังจากระบุและกำจัดแหล่งที่มาของมลพิษยังช่วยยับยั้งจลนศาสตร์ด้วย ในตัวกลางที่เป็นน้ำ ปรอทจะเกิดสารประกอบออร์แกโนเมทัลลิกประเภท R–Hg–X และ R–Hg–R โดยที่ R คืออนุมูลเมทิลหรือเอทิล จากแหล่งที่มาของมนุษย์ ปรอทจะเข้าสู่ระบบน้ำในรูปของปรอทที่เป็นโลหะเป็นส่วนใหญ่ ไอออน Hg(II) และฟีนิลเมอร์คิวริกอะซิเตต ปรอทรูปแบบเด่นที่พบในปลาคือเมทิลเมอร์คิวรี ซึ่งเกิดขึ้นทางชีวภาพโดยเอนไซม์จากจุลินทรีย์ ในน้ำผิวดินที่ปราศจากมลภาวะ ปริมาณปรอทจะอยู่ระหว่าง 0.2–0.1 ไมโครกรัม/ลิตร ในน้ำทะเลจะน้อยกว่าสามเท่า พืชน้ำดูดซับสารปรอท สารประกอบอินทรีย์ R–Hg–R" พบในแพลงก์ตอนน้ำจืดที่มีความเข้มข้นสูงกว่าแพลงก์ตอนทะเล สารประกอบปรอทอินทรีย์จะถูกขับออกจากร่างกายช้ากว่าสารอนินทรีย์ มาตรฐานที่มีอยู่สำหรับปริมาณสารพิษนี้สูงสุด (0.5 μg/kg ) ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์อาหารเพื่อการควบคุมคุณภาพ โดยสันนิษฐานว่ามีสารปรอทอยู่ในรูปของสารประกอบเมทิลเลต ซึ่งหากร่างกายของมนุษย์กินเข้าไปจะทำให้เกิดโรคมินิมาตาได้

ตะกั่ว.

ครึ่งหนึ่งของปริมาณสารพิษทั้งหมดจะเข้าสู่สิ่งแวดล้อมอันเป็นผลมาจากการเผาไหม้น้ำมันเบนซินที่มีสารตะกั่ว ในระบบทางน้ำ ตะกั่วส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการดูดซับด้วยอนุภาคแขวนลอย หรืออยู่ในรูปของสารเชิงซ้อนที่ละลายน้ำได้ด้วยกรดฮิวมิก เมื่อถูกไบโอเมทิลเลต เช่นเดียวกับปรอท ในที่สุดตะกั่วก็จะกลายเป็นตะกั่วเตตระเมทิล ในน้ำผิวดินที่ปราศจากมลภาวะ ปริมาณตะกั่วมักจะไม่เกิน 3 µg/l แม่น้ำในเขตอุตสาหกรรมมีระดับสารตะกั่วสูงกว่า หิมะสามารถสะสมสารพิษนี้ได้ในระดับที่มีนัยสำคัญ: ในบริเวณใกล้เคียงเมืองใหญ่ปริมาณของมันสามารถเข้าถึงเกือบ 1 ล้านไมโครกรัม/ลิตร และในระยะห่างจากพวกเขาประมาณ ~ 1–100 ไมโครกรัม/ลิตร

พืชน้ำสะสมตะกั่วได้ดีแต่มีหลายวิธี บางครั้งแพลงก์ตอนพืชจะคงไว้โดยมีปัจจัยความเข้มข้นสูงถึง 10 5 เช่นปรอท ตะกั่วสะสมอยู่ในปลาเล็กน้อย ดังนั้นจึงค่อนข้างเป็นอันตรายต่อมนุษย์ในห่วงโซ่อาหารนี้ สารประกอบเมทิลเลตพบได้ค่อนข้างน้อยในปลาภายใต้สภาวะน้ำปกติ ในภูมิภาคที่มีการปล่อยมลพิษทางอุตสาหกรรม การสะสมของสารตะกั่วเตตราเมทิลในเนื้อเยื่อปลาเกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพและรวดเร็ว การสัมผัสกับสารตะกั่วแบบเฉียบพลันและเรื้อรังเกิดขึ้นที่ระดับการปนเปื้อน 0.1–0.5 ไมโครกรัม/ลิตร ในร่างกายมนุษย์ สารตะกั่วสามารถสะสมในโครงกระดูกแทนที่แคลเซียมได้

แคดเมียม.

คุณสมบัติทางเคมีของโลหะนี้คล้ายกับสังกะสี มันสามารถแทนที่หลังในศูนย์กลางที่ใช้งานของเอนไซม์ที่มีโลหะซึ่งนำไปสู่การหยุดชะงักอย่างรุนแรงในการทำงานของกระบวนการของเอนไซม์ ในแหล่งสะสมแร่ แคดเมียมมักจะอยู่ร่วมกับสังกะสี ในระบบน้ำ แคดเมียมจับกับสารอินทรีย์ที่ละลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้ามีหมู่ซัลไฮดริล SH แคดเมียมยังก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนด้วยกรดอะมิโน โพลีแซ็กคาไรด์ และกรดฮิวมิก อย่างไรก็ตาม เป็นที่เชื่อกันว่าการมีอยู่ของลิแกนด์ที่มีความเข้มข้นสูงซึ่งสามารถจับแคดเมียมเหล่านี้ได้นั้นยังไม่เพียงพอที่จะลดความเข้มข้นของไอออนในน้ำแคดเมียมอิสระให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยสำหรับสิ่งมีชีวิต การดูดซับไอออนแคดเมียมโดยตะกอนด้านล่างขึ้นอยู่กับความเป็นกรดของตัวกลางเป็นอย่างมาก ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำที่เป็นกลาง ไอออนแคดเมียมอิสระจะถูกดูดซับโดยอนุภาคของตะกอนด้านล่างเกือบทั้งหมด

เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีแหล่งแคดเมียมเข้าสู่สิ่งแวดล้อมค่อนข้างมาก หลังจากพิสูจน์ความเป็นพิษสูงแล้ว จำนวนก็ลดลงอย่างรวดเร็ว (อย่างน้อยก็ในประเทศอุตสาหกรรม) ขณะนี้แหล่งที่มาหลักของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่มีสารพิษนี้คือสถานที่ฝังศพของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม ตามที่ระบุไว้แล้ว พบแคดเมียมในผลิตภัณฑ์จากการปะทุของภูเขาไฟเอตนา ความเข้มข้นของแคดเมียมในน้ำฝนอาจเกิน 50 ไมโครกรัม/ลิตร

ในแหล่งน้ำจืดและแม่น้ำ ปริมาณแคดเมียมอยู่ระหว่าง 20–400 ng/l ปริมาณที่ต่ำที่สุดในมหาสมุทรถูกบันทึกไว้ในมหาสมุทรแปซิฟิกทางตะวันออกของหมู่เกาะญี่ปุ่น (∼ 0.8–9.6 ng/L ที่ระดับความลึก 8–5500 ม.) โลหะนี้สะสมอยู่ในพืชน้ำและในเนื้อเยื่อของอวัยวะภายในของปลา (แต่ไม่อยู่ในกล้ามเนื้อโครงร่าง)

โดยทั่วไปแคดเมียมมีความเป็นพิษต่อพืชน้อยกว่าเมทิลเมอร์คิวรี และมีความเป็นพิษต่อตะกั่วเทียบเท่ากัน ที่ปริมาณแคดเมียม ∼ 0.2–1 มก./ล. การสังเคราะห์ด้วยแสงและการเจริญเติบโตของพืชจะช้าลง ผลกระทบที่บันทึกไว้ต่อไปนี้น่าสนใจ: ความเป็นพิษของแคดเมียมลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อมีสังกะสีในปริมาณหนึ่งซึ่งยืนยันอีกครั้งถึงข้อสันนิษฐานว่าไอออนของโลหะเหล่านี้สามารถแข่งขันในร่างกายเพื่อมีส่วนร่วมในกระบวนการของเอนไซม์ได้

ชีวมณฑลถือได้ว่าเป็นวัตถุในการวิเคราะห์ทั่วไป ในทางปฏิบัติ ผู้เชี่ยวชาญในสาขาวิทยาศาสตร์เฉพาะจะเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบอย่างใดอย่างหนึ่ง อย่างไรก็ตาม วัตถุแต่ละชิ้นจะมีไดนามิกคงที่ โดยเชื่อมโยงซึ่งกันและกันกับวัตถุอื่นๆ ดังนั้นไม่เพียงแต่องค์ประกอบเท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัตถุด้วย บางครั้งการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจมีเพียงเล็กน้อย เพื่อให้สามารถสังเกตเห็นได้ จึงต้องใช้เวลาช่วงระยะเวลาหนึ่งในระหว่างที่การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะเกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม วิธีการสังเกตที่ใช้ เช่น การตรวจติดตามทางชีวภาพ จะต้องมีทั้งความละเอียดอ่อนและแม่นยำ ความซับซ้อนของสภาพแวดล้อมในฐานะเป้าหมายของการวิเคราะห์และความแปรปรวนทำให้จำเป็นต้องตรวจสอบข้อมูลเป็นระยะๆ และปรับปรุงทั้งวิธีการกำหนดและขั้นตอนการวิเคราะห์แต่ละขั้นตอน เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการดำเนินการแก้ไขดังกล่าวโดยเกี่ยวข้องกับข้อมูลความชุกของสารปรอทและทองแดงในสิ่งแวดล้อม ปรากฎว่าขั้นตอนการสุ่มตัวอย่าง การเลือก และการเตรียมตัวอย่างก่อนหน้านี้ยังไม่สมบูรณ์แบบเพียงพอและมีข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบรวมอยู่ด้วย การบัญชีในท้ายที่สุดนำไปสู่ความจริงที่ว่าข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณสารปรอทในวัตถุด้านสิ่งแวดล้อมแต่ละรายการบางครั้งถูกประเมินค่าสูงเกินไปตามลำดับความสำคัญ แม้ว่าการคาดการณ์ปริมาณสารปรอทในการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศในช่วงเวลาจนถึงปี 2568 ถือว่าปริมาณสารพิษนี้เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แต่ก็เป็นที่ยอมรับแล้วว่าในความเป็นจริงความเข้มข้นของสารนั้นเกือบจะต่ำกว่าลำดับความสำคัญ คาดว่าจะมีการวิเคราะห์ข้อมูลเชิงวิพากษ์ที่คล้ายกันสำหรับการประเมินปริมาณทองแดง ข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายตัวของโลหะเป็นสารมลพิษนั้นได้รับจากนักวิเคราะห์สิ่งแวดล้อมเป็นหลัก ซึ่งได้รับข้อมูลเบื้องต้น แม้ว่าผู้เชี่ยวชาญจากสาขาวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องจะมีส่วนร่วมในการแก้ปัญหาการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมก็ตาม ทิศทางหนึ่งของการปฏิรูปการศึกษาระดับอุดมศึกษาสมัยใหม่คือการฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญทางวิทยาศาสตร์ที่มีคุณวุฒิสูง
ผู้ทดสอบที่มีความรู้กว้างขวางในสาขาเคมี ชีววิทยา ฟิสิกส์ นิเวศวิทยา ที่สามารถแก้ไขปัญหาที่ซับซ้อนและสำคัญได้ ซึ่งบางส่วนได้กล่าวถึงในบทความนี้

1. Mirkin B.M., Naumova L.G. นิเวศวิทยาของรัสเซีย อ.: 1995. 232 น.

2. Nikanorov A.M. , Zhulidov A.V. การตรวจสอบทางชีวภาพของโลหะในระบบนิเวศน้ำจืด เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: Gidrometeoizdat, 1991. 312 หน้า

3. Moore J., Ramamurthy S. โลหะหนักในน้ำธรรมชาติ. อ.: มีร์ 2530. 286 หน้า

4. วิลเลียมส์ ดี. โลหะแห่งชีวิต อ.: มีร์ 2518 236 หน้า

5. เนื้อหาการประชุมเกี่ยวกับการวิเคราะห์น้ำธรรมชาติและน้ำเสียในสหภาพโซเวียต (รัสเซีย) ในช่วง 5-10 ปีที่ผ่านมา

6. Shustov S.B., Shustova L.V. รากฐานทางเคมีของนิเวศวิทยา อ.: การศึกษา, 2538. 240 น.

7. Maistrenko V.N., Khamitov R.Z., Budnikov G.K. การติดตามทางนิเวศวิทยาของสารซุปเปอร์พิษ อ.: เคมี, 2539. 320 น.

ชาวเยอรมัน Konstantinovich Budnikov, วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิตสาขาเคมี, ศาสตราจารย์ภาควิชาเคมีวิเคราะห์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐคาซาน, สมาชิกที่สอดคล้องกันของ Academy of Natural Sciences แห่งสหพันธรัฐรัสเซียและ Russian Ecoological Academy, นักวิชาการของ International Academy of Higher Education Sciences

สาขาวิชาที่สนใจทางวิทยาศาสตร์: เคมีวิเคราะห์ด้วยไฟฟ้า, อิเล็กโทรดดัดแปลงทางเคมี, ไบโอเซนเซอร์สำหรับการตรวจสอบวิเคราะห์สิ่งแวดล้อม ผู้แต่งสิ่งพิมพ์มากกว่า 550 เล่ม ในจำนวนนี้มีหนังสือเกี่ยวกับปัญหาการวิเคราะห์ไฟฟ้าและเคมีวิเคราะห์ 12 เล่ม

การทำเหมืองและการแปรรูปไม่ใช่แหล่งมลพิษทางโลหะที่ทรงพลังที่สุด การปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากสถานประกอบการเหล่านี้ต่ำกว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนอย่างมาก โลหะทั้งหมดมีอยู่ในถ่านหินและน้ำมัน มีองค์ประกอบทางเคมีที่เป็นพิษ รวมถึงโลหะหนัก ในเถ้าของโรงไฟฟ้า เตาอุตสาหกรรมและในครัวเรือนมากกว่าในดินอย่างมีนัยสำคัญ รวมถึงโลหะหนัก การปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงมีความสำคัญเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่นปริมาณปรอท แคดเมียม โคบอลต์ สารหนูในนั้นสูงกว่าปริมาณโลหะที่ขุดได้ 3-8 เท่า มีหลักฐานว่าหม้อต้มน้ำของโรงไฟฟ้าถ่านหินสมัยใหม่เพียงหม้อเดียวปล่อยไอปรอทออกสู่ชั้นบรรยากาศโดยเฉลี่ย 1-1.5 ตันต่อปี โลหะหนักก็มีอยู่ในปุ๋ยแร่ธาตุเช่นกัน

นอกเหนือจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงแร่แล้ว วิธีที่สำคัญที่สุดในการกระจายตัวของโลหะทางเทคโนโลยีคือการปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศในระหว่างกระบวนการทางเทคโนโลยีที่ก่อให้เกิดความร้อน (โลหะวิทยา, การเผาไหม้วัตถุดิบปูนซีเมนต์ ฯลฯ ) รวมถึงการขนส่งการเพิ่มคุณค่าและการคัดแยกแร่ .

การเข้าสู่สิ่งแวดล้อมทางเทคโนโลยีของโลหะหนักเกิดขึ้นในรูปของก๊าซและละอองลอยและเป็นส่วนหนึ่งของน้ำเสีย โลหะสะสมค่อนข้างเร็วในดินและถูกกำจัดออกไปช้ามาก: ครึ่งชีวิตของสังกะสีสูงถึง 450 ปี, แคดเมียม - สูงถึง 1,000 ปี, ทองแดง - สูงถึง 1,400 ปี แหล่งที่มาสำคัญของการปนเปื้อนของโลหะในดินคือการใช้ปุ๋ยจากตะกอนที่ได้จากโรงงานอุตสาหกรรมและบำบัดน้ำเสีย โลหะหนักในการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการผลิตโลหะวิทยาส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปแบบที่ไม่ละลายน้ำ เมื่อคุณเคลื่อนออกจากแหล่งกำเนิดมลพิษ อนุภาคที่ใหญ่ที่สุดจะเกาะตัว สัดส่วนของสารประกอบโลหะที่ละลายน้ำได้จะเพิ่มขึ้น และสร้างอัตราส่วนระหว่างรูปแบบที่ละลายน้ำได้และไม่ละลายน้ำ มลพิษจากละอองลอยที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศจะถูกกำจัดออกไปโดยผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ในตัวเองตามธรรมชาติ การตกตะกอนของบรรยากาศมีบทบาทหลัก ต่อมา การปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากสถานประกอบการอุตสาหกรรมสู่ชั้นบรรยากาศและการปล่อยน้ำเสียทำให้เกิดข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการเข้าสู่ของโลหะหนักในดิน น้ำใต้ดิน และแหล่งน้ำเปิด เข้าสู่พืช ตะกอนดิน และสัตว์ ช่วงของการแพร่กระจายและระดับของมลพิษทางอากาศขึ้นอยู่กับพลังของแหล่งกำเนิด สภาพการปล่อยก๊าซเรือนกระจก และสภาพอากาศ แต่ในสภาวะของการรวมตัวกันในเมืองอุตสาหกรรมและการพัฒนาเมือง พารามิเตอร์ของการกระจายตัวของโลหะในอากาศยังคงคาดการณ์ได้ไม่ดี ด้วยระยะห่างจากแหล่งกำเนิดมลพิษ การลดลงของความเข้มข้นของละอองลอยโลหะในอากาศในชั้นบรรยากาศมักจะเกิดขึ้นแบบทวีคูณ ซึ่งเป็นผลมาจากเขตอิทธิพลที่รุนแรงซึ่งเกิน MPC นั้นค่อนข้างเล็ก ในพื้นที่ชุมชนเมือง ผลกระทบสุดท้ายของมลพิษทางอากาศที่บันทึกไว้เป็นผลมาจากการเพิ่มพื้นที่กระจัดกระจายจำนวนมาก และถูกกำหนดโดยระยะห่างจากแหล่งกำเนิดการปล่อยก๊าซ โครงสร้างเมือง และการมีอยู่ของเขตป้องกันสุขอนามัยที่จำเป็นรอบๆ สถานประกอบการ ปริมาณโลหะหนักตามธรรมชาติในบรรยากาศที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมคือหนึ่งในพันและสิบในพันของไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตรและต่ำกว่า ระดับเหล่านี้ไม่สามารถสังเกตได้จริงในสภาพปัจจุบันในพื้นที่ที่มีคนอาศัยอยู่ อุตสาหกรรมหลักที่เกี่ยวข้องกับมลพิษจากสารปรอท ได้แก่ การทำเหมือง โลหะวิทยา เคมีภัณฑ์ เครื่องมือวัด สุญญากาศ และเภสัชกรรม แหล่งที่มาของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงที่สุดที่มีแคดเมียมคือโลหะวิทยาและการชุบด้วยไฟฟ้า รวมถึงการเผาไหม้เชื้อเพลิงแข็งและของเหลว เส้นทางทางอากาศของการเข้าสู่องค์ประกอบทางเคมีสู่สภาพแวดล้อมในเมืองเป็นเส้นทางหลัก แต่ในระยะทางสั้นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่เกษตรกรรมชานเมือง บทบาทที่เกี่ยวข้องของแหล่งที่มาของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่มีโลหะหนักอาจเปลี่ยนไป และอันตรายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดจะเกิดขึ้นจากน้ำเสียและของเสียที่สะสมในหลุมฝังกลบและใช้เป็นปุ๋ย สารแขวนลอยและตะกอนดินมีความสามารถสูงสุดในการรวมตัวของโลหะหนัก รองลงมาคือแพลงก์ตอน สัตว์หน้าดิน และปลา โลหะหนักถือเป็นมลพิษที่พบบ่อยที่สุดในน้ำ ดิน และอากาศ ความเป็นพิษสามารถตัดสินได้จากประเภทความเป็นอันตรายและผลกระทบที่ส่งผลต่อการเผาผลาญและสุขภาพของมนุษย์ มีโลหะรูปแบบที่ละลายน้ำได้และกระจายตัวในน้ำและดิน โลหะหนักอยู่ในกลุ่มของโลหะที่ไม่อนุรักษ์นั่นคือเนื้อหาในน้ำดินตะกอนเร่งและย่อยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิปริมาณเกลือการมีอยู่ของสารก่อเชิงซ้อนอนินทรีย์และอินทรีย์กิจกรรมทางชีวภาพช่วงเวลาของปี pH มูลค่า (ตามรูปที่ 3)

รูปที่ 3 มลพิษทางน้ำที่มีโลหะหนัก

โลหะหนักเข้าสู่ดินและแหล่งน้ำจากชั้นบรรยากาศ หรือเมื่อน้ำเสียที่ไม่ผ่านการบำบัดถูกปล่อยออกมา ความเข้มข้นของโลหะในตะกอนจะมีขนาดสูงกว่าในน้ำมาก ในดินและพีท ความเข้มข้นของโลหะหนักเกิดขึ้นผ่านกลไกการแลกเปลี่ยนไอออน การถ่ายโอนโลหะหนักสามารถเกิดขึ้นได้อันเป็นผลมาจากการก่อตัวของสารเชิงซ้อนอินทรีย์และอนินทรีย์ที่ละลายน้ำได้ การแสดงคุณสมบัติที่เป็นพิษของโลหะหนักในขณะเดียวกันถือเป็นลักษณะเฉพาะ ดังนั้นเมื่อมีทองแดงและสังกะสี ความเป็นพิษของส่วนผสมจึงเพิ่มขึ้น 5 เท่าเมื่อเทียบกับผลลัพธ์ทั้งหมด ในระบบที่ไม่มีออกซิเจนละลายน้ำ ความเป็นพิษของสังกะสี ตะกั่ว และทองแดงจะเพิ่มขึ้น การดูดซับโลหะหนักจากดินขึ้นอยู่กับความสามารถทางกล เคมีกายภาพ (เมตาบอลิซึม) ทางเคมี และทางชีวภาพ

ไอออนที่ถูกดูดซับโดยดินสามารถแทนที่แคตไอออนที่มีอยู่ในโครงตาข่ายคริสตัล และสร้างสารประกอบเชิงซ้อนด้วยส่วนประกอบอินทรีย์ของดิน เช่น สารประกอบฮิวมิก สารประกอบฮิวมิกในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างและเป็นกลางจะก่อให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนที่มีโลหะหนัก ในทางปฏิบัติของการบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรมในปัจจุบัน เทคโนโลยีเมมเบรนและการบำบัดด้วยไฟฟ้าเคมีกำลังได้รับความสนใจ ไอออนของสังกะสี โครเมียม ทองแดง นิกเกิลถูกสกัดออกจากน้ำอย่างสมบูรณ์แบบโดยใช้วิธีแลกเปลี่ยนไอออน ความสามารถในการแลกเปลี่ยนสำหรับนิกเกิลไอออนคือ 63 มก. สำหรับไอโอไนต์ 1 กรัม เนื่องจากต้นทุนของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนโพลีเมอร์มีความสำคัญ จึงมีการพัฒนาวิธีการในการกรองน้ำจากโลหะหนักที่ใช้ผลพลอยได้ ของเสียทางอุตสาหกรรม (ตะกรัน เถ้า) และวัสดุธรรมชาติ (พีท ดินเหนียว) หลักการสำคัญของการประมวลผลกากตะกอนน้ำเสียที่เป็นพิษเพื่อแยกโลหะหนักออกจากพวกมันที่อธิบายไว้ในงานนี้

โลหะหนักถูกสกัดจากเถ้าที่ได้จากการเผาตะกอนเหล่านี้ ทุกวันนี้สารเคมีมากกว่า 500,000 ชนิด - ผลิตภัณฑ์จากกิจกรรมทางเศรษฐกิจ - เข้าสู่ชีวมณฑลซึ่งส่วนใหญ่สะสมอยู่ในดิน โลหะหนักครองตำแหน่งสำคัญในหมู่สารมลพิษ

ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ พวกมันถูกกำหนดให้เป็นธาตุรองหรือโลหะหนัก แต่มีกลุ่มของโลหะที่กำหนดคำจำกัดความเดียวเท่านั้น - "หนัก" ในความหมายของ "พิษ" ซึ่งรวมถึงปรอท แคดเมียม ตะกั่ว แทลเลียม และองค์ประกอบอื่นๆ พวกมันถือเป็นมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่อันตรายที่สุด เช่นเดียวกับโลหะเช่นสารหนู

แหล่งที่มาหลักของการเข้ามาของมนุษย์ของโลหะหนักในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ได้แก่ โรงไฟฟ้าพลังความร้อน สถานประกอบการด้านโลหะวิทยา เหมืองหินและเหมืองแร่สำหรับการสกัดแร่โพลีเมทัลลิก ยานยนต์ และวิธีการทางเคมีในการปกป้องพืชผลจากโรคและแมลงศัตรูพืช การไหลของโลหะหนักที่มีกำลังแรงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกิดขึ้นรอบๆ สถานประกอบการด้านโลหะวิทยาที่เป็นเหล็กและไม่ใช่เหล็กโดยเฉพาะอย่างยิ่งอันเป็นผลมาจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศ มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติที่มีสารพิษเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการทำงานของกลุ่มอุตสาหกรรมไม่ใช่แต่ละองค์กร เมื่อพิจารณาว่าความหนาแน่นฟลักซ์ของโลหะที่สะสมอยู่บนพื้นผิวด้านล่างเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นในอากาศ จึงมีการใช้เทคนิคพิเศษในการประเมินแหล่งที่มาเฉพาะของโลหะที่เข้าสู่สิ่งแวดล้อม

แหล่งที่มาหลักของการปล่อยสารอันตรายจากมนุษย์สู่ชั้นบรรยากาศนั้นมีความเข้มข้นในภูมิภาคทางตอนเหนือและตอนใต้ของคาซัคสถานเช่น ในซีกโลกเหนือ ปริมาณโลหะในบรรยากาศจะผันผวนเป็นช่วงกว้าง และขึ้นอยู่กับระยะห่างจากแหล่งกำเนิดมลพิษ ลักษณะของพื้นผิวด้านล่าง และสภาพอากาศ ณ เวลาที่ตรวจวัด ความผันผวนของโลหะเกิดจากการที่พวกมันสัมพันธ์กันในชั้นบรรยากาศด้วยอนุภาคขนาดต่ำกว่าไมครอน ซึ่งในอากาศมีพฤติกรรมเกือบเหมือนก๊าซ มลพิษในชั้นบรรยากาศจะถูกจับโดยเม็ดฝนหรือเกล็ดหิมะ และตกลงผ่านการตกตะกอนหรือตกลงบนพื้นผิวโลกในลักษณะการสะสมแบบแห้ง แหล่งที่มาทางอุตสาหกรรมของมลพิษในดินที่สร้างอากาศจากโลหะนั้นมีอยู่เฉพาะในพื้นที่ ดังนั้นจึงทำให้เกิดมลพิษในดินในระดับสูงในพื้นที่จำกัด (ตามรูปที่ 4)

รูปที่ 4 มลพิษทางดินจากขยะในครัวเรือน

ขึ้นอยู่กับความสูงและองค์ประกอบการกระจายตัวของการปล่อยก๊าซเรือนกระจก 15-20% ของปริมาณโลหะที่ปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศจะตกอยู่ในเขตมลพิษในท้องถิ่น การกำหนดค่าไอโซไลน์ของปริมาณโลหะในดินรอบแหล่งกำเนิดก๊าซเรือนกระจกส่วนใหญ่สอดคล้องกับลมในภูมิอากาศที่เพิ่มขึ้น การปล่อยโลหะลงสู่ดินใกล้กับแหล่งกำเนิดก๊าซเรือนกระจกมักเกิดขึ้นในรูปของสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ

การเคลื่อนตัวของโลหะหนักในดิน

การดัดแปลงสารประกอบโลหะหนักที่เข้าสู่ดินประกอบด้วยกระบวนการดังต่อไปนี้: การละลาย การดูดซับไอออนบวกของโลหะหนักโดยเฟสของแข็งของดิน การก่อตัวของเฟสของแข็งสุดท้าย กระบวนการหลักที่ควบคุมเนื้อหาของโลหะหนักในรูปแบบที่ละลายน้ำได้ในดินที่มีมลภาวะทางเทคโนโลยีถือเป็นสมดุลของการดูดซับและการคายการดูดซึม

เป็นที่ทราบกันดีว่าหลังจากการเติมออกไซด์ของโลหะหนักแล้วเนื้อหาของรูปแบบที่เคลื่อนที่ได้แทบไม่แตกต่างจากเนื้อหาในดินที่มีการเติมเกลือที่ละลายน้ำได้ของโลหะหนักชนิดเดียวกัน เมื่อเวลาผ่านไป ปริมาณของโลหะหนักในรูปแบบที่ละลายน้ำได้ แลกเปลี่ยนได้ และมีการจับตัวอย่างอ่อนลดลงในดินทุกชนิด และเนื้อหาของรูปแบบที่ยึดติดอย่างแน่นหนาก็เพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของโลหะหนักในสารละลายดินเป็นลักษณะทางนิเวศน์วิทยาหลักของดินโดยเป็นตัวกำหนดการเคลื่อนที่ของโลหะหนักตามโปรไฟล์และการดูดซึมโดยพืช การเปลี่ยนแปลงของความชื้นในดินและพลังงานของจุลินทรีย์ส่งผลต่อความสมดุลของกรด-เบสและรีดอกซ์ ปริมาณของสารประกอบคีเลต องค์ประกอบของบรรยากาศในดิน และทั้งหมดนี้ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของโลหะหนัก การดูดซับโลหะหนักในดินมี 2 กลไก: กลไกแรกคือการดูดซับด้วยการก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อนทรงกลมทั้งภายนอกและภายในด้วยแร่ธาตุและส่วนประกอบอินทรีย์ของดิน ส่วนที่สองประกอบด้วยการตกตะกอนของสารประกอบที่ละลายน้ำได้มากจากสารละลายดินเช่น ในการสร้างเฟสของแข็งซ้ำๆ ในชะตากรรมที่ตามมาของโลหะที่ก่อให้เกิดพันธะที่แข็งแกร่งกับออกซิเจนและซัลเฟอร์ การก่อตัวที่ซับซ้อนด้วยอินทรียวัตถุมีบทบาทสำคัญ ที่ความเข้มข้นของโลหะที่สูงมากในสารละลาย การตกตะกอนของเฟสของแข็งทุติยภูมิจะเริ่มขึ้น: เหล็ก อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ แคลเซียมคาร์บอเนต แมกนีเซียม สังกะสี แคดเมียม และปรอทซัลไฟด์ ในกรณีนี้ความเข้มข้นของโลหะในสารละลายจะขึ้นอยู่กับไอออนซึ่งช่วยให้มั่นใจว่าไอออนบวกจะละลายได้น้อยที่สุด

ข้าว. 12.3. แผนผังกระบวนการกระจายตัวของน้ำที่ปนเปื้อนด้วยโลหะหนักในชั้นดินใต้ผิวดินข้าว. 13.1 รูป 13.2 รูป 13.3 รูปที่. 13.4 รูปที่. 13.5 รูปที่. 13.6

ในสภาวะของกิจกรรมของมนุษย์ มลพิษในน้ำจืดธรรมชาติที่มีโลหะหนักกลายเป็นปัญหาเฉียบพลันอย่างยิ่ง ความเกี่ยวข้องของปัญหานี้ไม่ต้องสงสัยเลย พอจะกล่าวได้ว่าตามหลักการแล้ว ไม่มีกลไกการทำให้บริสุทธิ์ในตัวเองที่เชื่อถือได้สำหรับโลหะหนัก โลหะหนักจะถูกแจกจ่ายซ้ำจากแหล่งกักเก็บตามธรรมชาติแห่งหนึ่งไปยังอีกแหล่งหนึ่งเท่านั้น โดยมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิตต่างๆ และทิ้งผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ที่มองเห็นได้จากการมีปฏิสัมพันธ์นี้ทุกที่ ปัจจุบัน แหล่งที่มาหลักของมลพิษทางน้ำธรรมชาติที่มีโลหะหนักคือมลพิษทางอุตสาหกรรม โลหะหนักเข้าสู่น้ำธรรมชาติด้วยน้ำอุตสาหกรรมที่ใช้แล้วซึ่งมีสารประกอบทางเคมีและธาตุต่างๆ โดยมีน้ำฝนกรองผ่านกองทิ้ง รวมถึงในระหว่างเกิดอุบัติเหตุในโรงงานเคมีและสถานที่จัดเก็บต่างๆ สำหรับน้ำบาดาล การฉีดของเสียลงในบ่อ เหมือง และหลุมมีความสำคัญอย่างยิ่ง ดังที่เห็นได้จากรูป 12.1 น้ำเสียสามารถไหลลงสู่อ่างเก็บน้ำแบบเปิดและทะลุเข้าไปในชั้นน้ำแข็งผ่าน "หน้าต่าง" ในชั้นที่ไม่สามารถซึมผ่านได้ อย่างไรก็ตาม กระบวนการย้อนกลับยังสามารถเกิดขึ้นได้ เมื่อโลหะหนักอพยพไปกับน้ำใต้ดินและผ่าน "หน้าต่าง" เดียวกันเข้าสู่แหล่งน้ำเปิด (รูปที่ 12.2)

น้ำเป็นสื่อหลักในการอพยพของโลหะหนักในเปลือกโลก ในการประเมินความเข้มของการอพยพของน้ำ โดยปกติจะใช้ค่าสัมประสิทธิ์การอพยพของน้ำ เท่ากับอัตราส่วนของเนื้อหาขององค์ประกอบทางเคมีในแร่ที่ตกค้างในน้ำต่อปริมาณของมันในหินที่เป็นโฮสต์หรือต่อคลาร์กของเปลือกโลก สำหรับกระบวนการอพยพในน้ำธรรมชาติ ปัจจัยต่างๆ เช่น ศักยภาพรีดอกซ์ สภาวะกรด-เบส (pH) และอื่นๆ อีกมากมายมีความสำคัญเป็นพิเศษ ปัญหาของโลหะหนักในน้ำผิวดินในด้านหนึ่งและในน้ำบาดาลในอีกด้านหนึ่ง เป็นปัญหาทั่วไปสองด้าน

ควรเน้นอีกครั้งว่าโลหะสามารถกระจายระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ของระบบน้ำได้เท่านั้น ซึ่งต่างจากมลพิษอินทรีย์ที่ผ่านกระบวนการสลายตัว ในน้ำจืดธรรมชาติ มีอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกันและมีระดับของออกซิเดชันที่แตกต่างกัน ตามกฎแล้ว เฟสแขวนลอย คอลลอยด์ที่กระจายตัว และเฟสที่ละลายจริงนั้นมีความโดดเด่น ซึ่งในทางกลับกัน ก็สามารถแสดงได้ด้วยสารและสารประกอบหลากหลายชนิด การศึกษาเชิงทดลองที่ดำเนินการในช่วงทศวรรษปี 1980 แสดงให้เห็นว่ารูปแบบที่แตกต่างกันขององค์ประกอบเดียวกันมีความแตกต่างกันในด้านฤทธิ์ทางชีวภาพและความพร้อมของสิ่งมีชีวิต ปรากฎว่าสำหรับไฮโดรไบโอออนที่ความเข้มข้นเกิน MPC ไอออนไฮเดรตอิสระและสารประกอบเชิงซ้อนอนินทรีย์บางชนิดเป็นพิษมากที่สุดและสำหรับโลหะที่อยู่ภายใต้กระบวนการเมทิลเลชั่น (Hg, Pb, Sn ฯลฯ ) - สารประกอบออร์กาโนเมทัลลิก

กลุ่มของโลหะหนักประกอบด้วยธาตุมากกว่า 30 องค์ประกอบของตารางธาตุ ให้เราจำกัดตัวเองให้พิจารณาเพียงบางส่วนเท่านั้น (ตาราง 12.1)

ตารางที่ 12

ตารางที่ 12.1. เนื้อหาขององค์ประกอบย่อยในวัตถุของมนุษย์

องค์ประกอบขนาดเล็ก	ของเสียชุมชนที่เป็นของเหลว (ส่วนต่อล้านของแข็ง)	ปุ๋ยฟอสเฟต มก./กก	สารกำจัดศัตรูพืช, %
เช่น	2-26	2-1200	22-60
ใน	15-1000	5-115
เวอร์จิเนีย	150-4000	200
เป็น	4-13
บ	20-165		20-85
ซีดี	2-1500	7-170
เสีย	20	20
บริษัท	2-260	1-10
เอสจี	20-40600	66-245
ลูกบาศ์ก	50-3300	1-300	12-50
เอฟ	2-740	8500-15500	18-45
จีอี	10-1
ปรอท	0,1-55	0,01-0,12	0,8-42
มน	60-3900	40-2000
โม	1-40	0,1-60
นิ	16-5300	7-32
ป.ล	50-3000	7-225	60
รบี	4-95	5
วท	0,5-7	36
ส	2-9	0,5
ส	40-700	3-4
ซีเนียร์	40-360	25-500

ทองแดง (Cu) ปริมาณทองแดงในเปลือกโลกมีขนาดค่อนข้างเล็ก แต่มักพบทั้งในสภาพดั้งเดิมและในรูปของซัลไฟด์และสารประกอบอื่น ๆ ในน้ำจืดผิวดิน ปริมาณทองแดงมีตั้งแต่หลายหน่วยถึงสิบ หรือน้อยกว่าหลายร้อยไมโครกรัมต่อลิตร ตลอดประวัติศาสตร์ของการดำรงอยู่ของมนุษย์ มีการขุดทองแดงจำนวนมาก (ประมาณ 307 ล้านตัน) ซึ่งประมาณ 80% เกิดขึ้นในศตวรรษที่ 20 ความสามารถในการอ่อนตัว ความเหนียว การนำความร้อนที่ดี ความต้านทานการกัดกร่อน และความสามารถในการขึ้นรูปโลหะผสม เป็นตัวกำหนดการใช้ทองแดงอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม ปริมาณการปล่อยทองแดงออกสู่ชั้นบรรยากาศพร้อมกับละอองลอยต่างๆ อยู่ที่ 75,000 ตันต่อปี ในจำนวนนี้ประมาณ 75% มีต้นกำเนิดจากมนุษย์ ละอองลอยที่ประกอบด้วยทองแดงจะแพร่กระจายไปในระยะทางไกลและค่อยๆ ตกลงไปพร้อมกับการตกตะกอนบนพื้นผิวโลก แหล่งทองแดงที่สำคัญอีกแหล่งหนึ่งคืออุตสาหกรรมเหมืองแร่และงานโลหะ ทองแดงของเสียประมาณ 17,000 ตันถูกพัดลงสู่มหาสมุทรทุกปี

ในสภาพแวดล้อมทางน้ำ ทองแดงสามารถมีอยู่ได้สามรูปแบบหลัก: สารแขวนลอย คอลลอยด์ และละลาย อย่างหลังอาจรวมถึงไอออนทองแดงอิสระและสารประกอบเชิงซ้อนที่มีลิแกนด์อินทรีย์และอนินทรีย์ รูปแบบของทองแดงที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ทางเคมีกายภาพและอุทกพลศาสตร์ของสภาพแวดล้อมทางน้ำ

ปริมาณทองแดงที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคของแข็งสามารถเข้าถึง 12-97% ของปริมาณทั้งหมดในน้ำในแม่น้ำ ประมาณหนึ่งตันเข้าสู่มหาสมุทรทุกปี โดย 1% อยู่ในรูปแบบที่ละลาย, 6% ในรูปแบบที่เกี่ยวข้องกับไฮดรอกไซด์, 4.5% ในรูปแบบอินทรีย์, 85% ในอนุภาคผลึกแข็ง, 3.5% ในรูปแบบตัวดูดซับบนอนุภาคแขวนลอย

ผลการวิจัยแปดปีเกี่ยวกับการอพยพของโลหะหนักลงสู่แม่น้ำ Ruhr แสดงให้เห็นว่าปริมาณทองแดงในน้ำจะเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยตามการเปลี่ยนแปลงของการไหลของน้ำ และความแปรผันที่มีอยู่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของการเก็บตัวอย่างน้ำตามแม่น้ำ มีการสังเกตภาพที่ค่อนข้างแตกต่างเมื่อศึกษาแม่น้ำของประเทศยูเครนและคัมชัตกา ซึ่งความเข้มข้นของทองแดงเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนในน้ำท้ายน้ำหลังจากพื้นที่ที่มีประชากรจำนวนมาก การดูดซับทองแดงอย่างเข้มข้นด้วยอนุภาคดินเหนียวจะกำหนดปริมาณทองแดงที่สูงในตะกอนด้านล่าง อัตราการดูดซับขึ้นอยู่กับปริมาณอนุภาคของดินเหนียว การมีอยู่ของสารที่ก่อให้เกิดลิแกนด์ ออกไซด์ของเฟอร์โรแมงกานีส ค่า pH ของสิ่งแวดล้อม และปัจจัยอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง ความเป็นไปได้ของการดูดซับจากตะกอนด้านล่างขึ้นอยู่กับค่า pH ของตัวกลาง ความกระด้างของน้ำ และการมีอยู่ของคีเลตธรรมชาติและคีเลตสังเคราะห์ และสารลดแรงตึงผิวอื่นๆ ในนั้น

ปริมาณทองแดงที่ละลายในน้ำผิวดินที่ไม่มีมลภาวะมักจะอยู่ในช่วง 0.5 ถึง 1.0 ไมโครกรัม/ลิตร ความเข้มข้นของทองแดงที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (สูงถึง 500-2,000 ไมโครกรัม/ลิตร) เป็นปกติสำหรับพื้นที่เหมืองแร่ จากกิจกรรมของมนุษย์ ปริมาณทองแดงในการตกตะกอนจึงมีความสำคัญมาก ดังนั้น ทั่วทั้งอาณาเขตของเบลเยียมและบางภูมิภาคของอิตาลี ปริมาณโลหะนี้โดยเฉลี่ยในการตกตะกอนคือ 10-116 และ 3-23 ไมโครกรัม/ลิตร ตามลำดับ

ปริมาณทองแดงที่เพิ่มขึ้น (>1000 µg/kg) ในตะกอนมักเกี่ยวข้องกับอิทธิพลของน้ำเสียจากเหมือง ตะกอนน้ำจืดที่ไม่ปนเปื้อนจะมีทองแดงไม่เกิน 20 ไมโครกรัม/กก. ต่อน้ำหนักแห้ง 1 กิโลกรัม ถ้าเราพูดถึงความเป็นพิษ ทองแดงก็ไม่เป็นพิษเฉียบพลันต่อมนุษย์ แม้ว่าในบางกรณีทองแดงที่มากเกินไปหรือขาดในร่างกายอาจทำให้เกิดอาการมึนเมาได้ ยังไม่ได้กำหนดคุณสมบัติการกลายพันธุ์และสารก่อมะเร็งของทองแดง

สังกะสี (Zn) สังกะสีเป็นธาตุชนิดหนึ่งที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ เนื้อหาทั้งหมดในเปลือกโลกคือ โดยน้ำหนัก สังกะสีก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนจำนวนมากซึ่งมีความแข็งแรงต่างกันไปทั้งลิแกนด์อินทรีย์และอนินทรีย์ ในบรรดาสารประกอบสังกะสีที่ละลายน้ำได้ต่ำ ระบบนี้มีความน่าสนใจอย่างมาก , เพราะว่า เป็นเฟสของแข็งที่เสถียรที่สุดในน้ำที่มีอากาศอิ่มตัว

สังกะสีเป็นองค์ประกอบที่สำคัญต่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม มันเป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์หลายชนิดและมีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก - DNA และ RNA สังกะสีถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี ในแง่ของขนาดการผลิต (63,245,000 ตันในช่วงสิบปี - ตั้งแต่ปี 1971 ถึง 1981) สังกะสีอยู่ในอันดับที่สี่อย่างมั่นคงรองจากเหล็ก อลูมิเนียม และทองแดง

ในแง่ของเนื้อหาในน้ำผิวดิน สังกะสีอยู่ในอันดับที่สองในบรรดาองค์ประกอบขนาดเล็กรองจากแมงกานีส ในน่านน้ำของแม่น้ำ ความเข้มข้นของมันจะแตกต่างกันไปอย่างมาก ตั้งแต่หลายไมโครกรัมไปจนถึงสิบ และน้อยกว่านั้นคือหลายร้อยไมโครกรัม/ลิตร ในน้ำที่ปนเปื้อนด้วยโลหะหนัก ความเข้มข้นของสังกะสีอาจสูงถึงหลายร้อย µg/l ตัวอย่างเช่น ในทะเลสาบที่ตั้งอยู่ในเขตอิทธิพลของโรงถลุงตะกั่วและสังกะสี ความเข้มข้นของสังกะสีที่ละลายเกิน 100 มก./ลิตร ในแม่น้ำในเขตอิทธิพลของเหมือง ปริมาณสังกะสีเกิน 3,000 ไมโครกรัม/ลิตร จากข้อมูลที่มีอยู่ การป้อนสังกะสีโดยมนุษย์สู่สิ่งแวดล้อมนั้นสูงกว่าการป้อนตามธรรมชาติถึง 700%

ในบรรดากระบวนการที่มีอิทธิพลมากที่สุดต่อพฤติกรรมของสังกะสี (II) ในสารละลายที่เป็นน้ำคือการไฮโดรไลซิสและการเกิดภาวะเชิงซ้อน จากการไฮโดรไลซิสจะเกิดสารประกอบเชิงซ้อนไฮดรอกโซหลายนิวเคลียร์ อย่างไรก็ตาม สารเชิงซ้อนโพลีนิวเคลียร์ไฮดรอกโซประเภทนี้ประกอบด้วยเศษส่วนเล็กน้อย (<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.

ปรอท (Hg) ดาวพุธพบได้ในธรรมชาติโดยส่วนใหญ่มีสถานะกระจัดกระจาย แม้ว่าจะมีปริมาณในเปลือกโลกต่ำ (%) แต่ก็เป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุหลายชนิดซึ่งมักก่อตัวเป็นตะกอน ปริมาณการผลิตปรอททั้งหมดในศตวรรษปัจจุบันอยู่ที่ประมาณตัน ในจำนวนนี้ เฉพาะในปี 1979 การผลิตปรอทน้อยกว่า 6,000 ตันเพียงเล็กน้อยเท่านั้น การรวมกันของคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ (โลหะเหลวเพียงชนิดเดียวที่ 20 และความดันบรรยากาศ) ทำให้ปรอทกลายเป็นสารธรรมชาติเพียงชนิดเดียว เหมาะสำหรับใช้ในเครื่องมือวัด การนำความร้อนและไฟฟ้าสูงทำให้ปรอทเป็นตัวนำและสารหล่อเย็นสารทำความเย็นที่ดีเยี่ยม เนื่องจากความสามารถในการดูดซับนิวตรอน ปรอทจึงถูกใช้เพื่อสร้าง "เกราะ" ป้องกันรังสี สารประกอบปรอทมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในยาฆ่าแมลงและสารเคมีอื่นๆ ปริมาณสารปรอทจากมนุษย์ที่เข้าสู่แหล่งน้ำจืดผิวดินอยู่ที่ประมาณ 57,000 ตัน ซึ่งสูงกว่าปริมาณที่มาจากแหล่งธรรมชาติถึง 10 เท่า การใช้และการกำจัดอุปกรณ์ที่มีสารปรอทในเวลาต่อมา ดูเหมือนจะเป็นแหล่งหลักของสารปรอทที่เข้าสู่สิ่งแวดล้อมที่มนุษย์สร้างขึ้น ความสำคัญประการที่สองคือการแปรรูปโลหะชนิดต่างๆ และการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล

ปรอทในน้ำธรรมชาติสามารถมีอยู่ได้สามสถานะ - ธาตุ (), โมโนวาเลนต์ () และไดวาเลนต์ () รูปแบบของการเกิดโลหะนี้ในน้ำและการกระจายตัวของโลหะนี้ขึ้นอยู่กับค่า pH ของสิ่งแวดล้อม ในระบบทางน้ำ ปรอทก่อให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนที่เสถียรจำนวนมาก พร้อมด้วยลิแกปอินทรีย์และอนินทรีย์ต่างๆ ในน้ำเสียทางอุตสาหกรรม ปรอท 66.4% มีความเกี่ยวข้องกับอนุภาคที่มีน้ำหนักโมเลกุล 10,000 ในน้ำธรรมชาติ ปรอทมีความเกี่ยวข้องอย่างหนาแน่นกับอนุภาคแขวนลอยที่เป็นของแข็ง โดยทั่วไป กระบวนการดูดซับ-ขจัดการดูดซึมถือเป็นปัจจัยชี้ขาดต่อชะตากรรมของโลหะในระบบน้ำ การดูดซับปรอทและการตกตะกอนในเวลาต่อมามีบทบาทสำคัญในการกำจัดปรอทออกจากมวลน้ำ ปรอทเข้าสู่ระบบน้ำจากแหล่งกำเนิดมลพิษที่เกิดจากมนุษย์ โดยหลักแล้วจะอยู่ในรูปของธาตุปรอท ไอออนไดวาเลนต์ และฟีนิลเมอร์คิวริกอะซิเตต . เป็นที่ยอมรับกันว่าปรอทเมทิลเลตเป็นรูปแบบที่โดดเด่น พบได้ในปลาที่มาจากแหล่งน้ำที่มีมลพิษ แม้ว่าสารปนเปื้อนจะมีความเข้มข้นต่ำก็ตาม ความเข้มข้นของปรอทที่ละลายในน้ำจืดที่ไม่มีมลภาวะอยู่ในช่วง 0.02-0.1 ไมโครกรัม/ลิตร ระดับปรอทรวมในการตกตะกอนแตกต่างกันไป<0,01 до >1.0 ไมโครกรัม/ลิตร เนื้อหาสูงสุดมักเป็นเรื่องปกติสำหรับพื้นที่อุตสาหกรรม สารปรอทที่อยู่ในอากาศสามารถกำจัดออกได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงฝนตกหนัก มี "จุดร้อน" หลายแห่งทั่วโลกที่มีระดับสารปรอทในตะกอนสูงมาก ซึ่งอาจก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อสภาพแวดล้อมทางน้ำแม้ว่าแหล่งที่มาของการปนเปื้อนจะถูกกำจัดออกไปแล้วก็ตาม ดังนั้นปริมาณปรอทในตะกอนด้านล่างของแม่น้ำคุมาโนะและจินสึในญี่ปุ่นจึงสูงถึง 9,000 มก./กก. บ่อยครั้งที่สามารถสังเกตปริมาณปรอทที่มีความเข้มข้นสูงในแหล่งน้ำผิวดินได้ เนื่องจากอิทธิพลทางอ้อมจากการกระทำของมนุษย์ แม่น้ำที่ไหลผ่านบริเวณที่มีสารปรอทสะสม (เช่น แม่น้ำคัลตุน) มีองค์ประกอบนี้ในปริมาณเพิ่มขึ้น

ปรอทเป็นหนึ่งในมลพิษที่อันตรายที่สุดในน่านน้ำธรรมชาติ มันทำปฏิกิริยาได้ง่ายกับโปรตีนในเลือดและเนื้อเยื่อจำนวนมาก โดยปิดกั้นกลุ่มที่ทำงานอยู่ในพวกมัน ส่งผลให้พวกมันสูญเสียคุณสมบัติในการทำปฏิกิริยา (โรคมินามาตะ) เมทิลเมอร์คิวรี่ที่เข้าสู่ร่างกายจะถูกส่งผ่านกระแสเลือดและสะสมในไต ตับ และสมอง ระยะเวลาในการกำจัดสารปรอทค่อนข้างนานซึ่งก่อให้เกิดการสะสมในสิ่งมีชีวิต สารประกอบของปรอทไม่มีผลในการก่อมะเร็งหรือก่อกลายพันธุ์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความสามารถของสารปรอทในการแทรกซึมเข้าไปในรก จึงมีข้อมูลหลายกรณีของผลกระทบที่เป็นพิษต่อตัวอ่อน

ตะกั่ว (Pb) ตะกั่วเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบได้น้อย ปริมาณ (โดยน้ำหนัก) ในเปลือกโลกคือ % การผลิตและการบริโภคสารตะกั่วในศตวรรษที่ 20 สูงและมีเสถียรภาพ (t ผลิตในปี 1970) และมีแนวโน้มที่จะคงอยู่ในระดับเดิมเป็นเวลานาน ตะกั่วถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตโลหะบัดกรี สี กระสุน โลหะผสมการพิมพ์ ฯลฯ มีการใช้ตะกั่วจำนวนมากทุกปีสำหรับการผลิตแบตเตอรี่กรด (ในปี 1979 ในสหรัฐอเมริกามีการใช้ Pb 814.3 พันตันในการผลิต) เช่น ประมาณ 60% ของการบริโภคทั่วโลก

การปล่อยสารตะกั่วเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในศตวรรษที่ 20 เมื่อเผาน้ำมันและน้ำมันเบนซิน อย่างน้อย 50% ของการปล่อยโลหะนี้โดยมนุษย์จะเข้าสู่สิ่งแวดล้อม แหล่งที่มาที่สำคัญอีกแหล่งหนึ่งของสารตะกั่วจากมนุษย์คือการถลุงและการแปรรูปโลหะ แหล่งที่มาสำคัญของสารตะกั่วที่เข้าสู่สิ่งแวดล้อมคืออุตสาหกรรมเหมืองแร่ ในของเสียจากเหมือง ความเข้มข้นของตะกั่วสามารถสูงถึง 2,000 มก./กก.

ลักษณะเฉพาะของการมีอยู่และการอพยพของสารตะกั่วในน้ำธรรมชาติถูกกำหนดโดยการตกตะกอนและการก่อตัวที่ซับซ้อนด้วยลิแกนด์อินทรีย์และอนินทรีย์ ดังนั้นความเข้มข้นของตะกั่วที่ละลายอยู่ในระบบน้ำธรรมชาติส่วนใหญ่มักจะไม่เกิน 10 µg/l ความเข้มข้นของกระบวนการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับ pH และ Eh ของสภาพแวดล้อม การมีอยู่ของสารที่ก่อให้เกิดลิแกนด์ และปัจจัยอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง การศึกษารูปแบบการอพยพของตะกั่วในแม่น้ำสายหนึ่งของออสเตรเลียแสดงให้เห็นว่าในน้ำในแม่น้ำประมาณ 45% ของปริมาณตะกั่วทั้งหมดมีความสัมพันธ์กับรูปแบบที่แขวนลอย ซึ่งต่ำกว่าที่พบในแม่น้ำสายอื่นที่ศึกษาอยู่อย่างมีนัยสำคัญ เช่น แม่น้ำไรน์ โดยที่สัดส่วนของสารตะกั่วแขวนลอยอยู่ที่ 72% (ข้อมูลที่คล้ายกันสำหรับแม่น้ำ อามูร์คิดเป็น 64-75%) การคำนวณแสดงให้เห็นว่ามีการสร้างรูปแบบการแลกเปลี่ยนไอออนของตะกั่วและส่วนหนึ่งของมันถูกนำมาพิจารณาด้วย สารตะกั่วเชิงซ้อนอินทรีย์มีความสำคัญเฉพาะที่ความเข้มข้นของสารสร้างลิแกนด์ที่มากกว่า M

ความเข้มของการดูดซับตะกั่ว-การดูดซับโดยตะกอนในแม่น้ำขึ้นอยู่กับลักษณะขององค์ประกอบทางหินและปริมาณของสารอินทรีย์ ในกรณีที่ไม่มีรูปแบบสารเชิงซ้อนที่ละลายได้ ตะกั่วจะถูกดูดซับเกือบทั้งหมดที่ pH>6.0 ระดับตะกั่วทั้งหมดในการตกตะกอนมักจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1 ถึง 50 µg/l ในพื้นที่อุตสาหกรรม อาจมีปริมาณถึง 1,000 µg/l ซึ่งนำไปสู่การปนเปื้อนอย่างรุนแรงของหิมะปกคลุมและดิน ตัวอย่างเช่น ความเข้มข้นของตะกั่วในหิมะปกคลุมใกล้เมืองโตรอนโตของแคนาดาอยู่ที่ 828,000 ไมโครกรัม/ลิตร ในขณะที่หิมะปกคลุมในพื้นที่ห่างไกล ความเข้มข้นจะลดลงเหลือ 100 ไมโครกรัม/ลิตรหรือน้อยกว่า

การทำเหมืองเป็นแหล่งตะกั่วที่สำคัญที่สุดในตะกอนในระบบน้ำจืด ในบางกรณี ปริมาณตะกั่วสูงถึง 6,000 มก./กก. ของน้ำหนักแห้งของตะกอน และมากกว่านั้นอีก ในพื้นที่ที่มีการปนเปื้อน ปริมาณตะกั่วในตะกอนด้านล่างจะไม่เกิน 2-50 ไมโครกรัมต่อกิโลกรัม ขึ้นอยู่กับลักษณะของหินที่อยู่ด้านล่าง

ตะกั่วมีความเป็นพิษสูงต่อสิ่งมีชีวิต เป็นที่ยอมรับกันว่าสารประกอบอนินทรีย์ขัดขวางการเผาผลาญและทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้งเอนไซม์ การบริโภคน้ำในระยะยาวแม้จะมีปริมาณโลหะนี้น้อย แต่ก็เป็นสาเหตุหนึ่งของโรคเฉียบพลันและเรื้อรัง ความสามารถในการทดแทนแคลเซียมในกระดูกทำให้เกิดความเปราะบางและความโค้งเพิ่มขึ้น ตะกั่วไม่มีผลกระทบต่อการกลายพันธุ์ แต่สารตะกั่วที่เพิ่มขึ้นในร่างกายทำให้เกิดความผิดปกติร้ายแรงต่อพัฒนาการของทารกในครรภ์ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเพศหญิง ส่งผลให้โครงกระดูกผิดรูป นอกจากนี้ตะกั่วยังมีเอฟเฟกต์แบบชาร์จไฟได้และมีครึ่งชีวิตที่ยาวนาน

นิกเกิล (พรรณี) นิกเกิลเป็นองค์ประกอบที่พบได้น้อย เนื้อหาในเปลือกโลกไม่เกิน % มีการศึกษาพฤติกรรมของนิกเกิล (II) ในน้ำธรรมชาติไม่เพียงพออย่างยิ่ง การเคลื่อนตัวขององค์ประกอบนี้เช่นเดียวกับโลหะอื่นๆ ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับปริมาณอินทรียวัตถุในน้ำ ธรรมชาติของมัน ตลอดจนค่า pH และ Eh ของสิ่งแวดล้อม นิกเกิล (II) ก่อให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนจำนวนมาก (สารประกอบเชิงซ้อนที่แข็งแกร่งที่สุดคือลิแกนด์ที่มีอะตอมไนโตรเจนของผู้บริจาค) ไอออนในสารละลายที่เป็นน้ำอาจเกิดไฮโดรไลซิสได้น้อยกว่าแคตไอออนของโลหะอื่นๆ การไฮโดรไลซิสของนิกเกิลที่เห็นได้ชัดเจนจะสังเกตได้ที่ pH>9.0 เท่านั้น

การบริโภคนิกเกิลทั่วโลกในช่วงทศวรรษระหว่างปี 2514 ถึง 2523 มีจำนวน 740,000 ตัน แต่ตอนนี้อัตราการเติบโตลดลง แหล่งที่มาหลักของนิกเกิลที่เข้าสู่สภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ได้แก่ การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลและการใช้โลหะผสมที่มีนิกเกิล

ปริมาณนิกเกิลในน้ำที่ไม่มีมลภาวะมักจะอยู่ในช่วง 1-3 ไมโครกรัม/ลิตร ภายใต้อิทธิพลของแหล่งอุตสาหกรรมต่างๆ สามารถเพิ่มได้ถึง 10-15 ไมโครกรัม/ลิตร ในทะเลสาบที่ตั้งอยู่ใกล้กับโรงถลุงนิกเกิล ข้อมูลในบรรยากาศทำให้ปริมาณนิกเกิลที่ละลายอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1 ถึง 183 µg/l การตกตะกอนของชั้นบรรยากาศในพื้นที่ห่างไกลของโลกมีลักษณะเป็นนิกเกิลในระดับต่ำ (สูงถึง 5 ไมโครกรัม/ลิตร) แต่ความเข้มข้นของมันจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในเขตเมืองและอุตสาหกรรม และช่วงตั้งแต่ 3 ถึง 110 ไมโครกรัม ขึ้นอยู่กับประเภทของมลพิษทางอุตสาหกรรม /ล. นิกเกิลไม่ใช่สารปนเปื้อนที่สำคัญหรือแพร่หลายในตะกอนของระบบน้ำ ในพื้นที่อุตสาหกรรมส่วนใหญ่ของโลก ปริมาณของมันแทบจะไม่เกิน 50-100 ไมโครกรัม/กิโลกรัม ซึ่งมักจะเทียบได้กับพื้นหลังตามธรรมชาติ แต่ในบางพื้นที่จะมีปริมาณเกิน 500 ไมโครกรัม/ลิตร นิกเกิลในปริมาณเล็กน้อยเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับมนุษย์ ในขณะเดียวกัน ส่วนที่เกินออกมาก็เป็นอันตรายมาก แม้ว่าเมื่อเทียบกับโลหะหนักอื่นๆ จะมีพิษน้อยที่สุดก็ตาม การศึกษาทางระบาดวิทยาแสดงให้เห็นว่าสารประกอบนิกเกิลอาจทำให้กระดูกเปราะบาง เนื้องอกมะเร็ง และโรคอื่นๆ เพิ่มขึ้น

โครเมียม (Cr) ปริมาณโครเมียมในเปลือกโลกมีขนาดเล็ก แต่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี และปัญหาการปล่อยโครเมียมออกสู่สิ่งแวดล้อมกำลังกลายเป็นเรื่องเร่งด่วนมากขึ้น โครเมียมเป็นส่วนหนึ่งของ DNA ในปริมาณเล็กน้อย แต่การไม่มีโครเมียมและนิกเกิลในโครงสร้างอื่น ๆ ของสิ่งมีชีวิตอาจเป็นเพราะความคล่องตัวต่ำและความเสถียรต่ำของสารเชิงซ้อนกับโปรตีน ดังนั้นเมื่อคำนึงถึงขนาดการผลิต โครเมียมจึงเป็นธาตุที่มีพิษน้อยที่สุดชนิดหนึ่งจากกลุ่มโลหะหนัก ตัวอย่างเช่น สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถทนต่อระดับโครเมียมในร่างกายที่เพิ่มขึ้น 100-200 เท่าโดยไม่มีผลกระทบที่เป็นอันตรายที่มองเห็นได้

การบริโภคแร่โครเมียม (โครไมต์) ของโลกในช่วงปี พ.ศ. 2514-2523 ถึง 86,200 พันตัน ในช่วง 10 ปีนี้การผลิตเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่าซึ่งเกิดจากการขยายตัวของการบริโภคโครเมียมของอุตสาหกรรมทั่วโลก 58% ของโครเมียมที่ขุดได้ถูกนำมาใช้เพื่อผลิตโลหะผสมเหล็ก การมีโครเมียมในการหล่อเหล็กทำให้ทนทานต่อการกัดกร่อนและออกซิเดชั่น และยังเพิ่มความต้านทานแรงกระแทกอีกด้วย โลหะผสมเฟอร์โรโครเมียมทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและอุณหภูมิสูงได้ดี โครไมต์อย่างน้อย 21% ใช้สำหรับการผลิตวัสดุทนไฟ ส่วนที่เหลือถูกใช้โดยอุตสาหกรรมเคมี โครไมต์ใช้สำหรับการผลิตสีและสารยึดติดในอุตสาหกรรมสิ่งทอ แทนนินในอุตสาหกรรมเครื่องหนัง สำหรับการชุบโครเมียม อโนไดซ์ และการแกะสลัก

แหล่งที่มาหลักของการปล่อยก๊าซที่มีโครเมียม (ตามลำดับความสำคัญ) คือการผลิตและการแปรรูปเฟอร์โรโครม การผลิตวัสดุทนไฟ การเผาไหม้ถ่านหิน และการผลิตเหล็กโครเมียม ระดับละอองลอยที่มีโครเมียมในพื้นที่โรงถลุงเหล็กโครเมียมสามารถถึง 1 ที่ระดับพื้นหลัง อนุภาคเหล่านี้สามารถถูกลมพัดพาไปในระยะทางไกล และตกลงสู่พื้นผิวโลกผ่านการตกตะกอน อย่างไรก็ตามแหล่งที่มาหลักของโครเมียมที่เกิดจากมนุษย์คือการแปรรูปโลหะ การปล่อยมลพิษที่ไม่สามารถควบคุมได้ก่อให้เกิดความเสี่ยงที่สำคัญในการปนเปื้อนน้ำผิวดินในรูปแบบที่ค่อนข้างเป็นพิษ แหล่งอื่นๆ ได้แก่ น้ำจากระบบหมุนเวียนความเย็น สารเคมีต่างๆ แหล่งที่มาของมลพิษคือของเสียที่เป็นของเหลวจากโรงฟอกหนัง (มีมากถึงหลายกรัมต่อลิตร) และช้าๆ - ออกซิเจน

มีการสร้างระดับปริมาณโครเมียมที่เพิ่มขึ้นในตะกอนด้านล่างอันเนื่องมาจากแหล่งที่มาของมนุษย์ได้อย่างน่าเชื่อถือ เช่น การตกตะกอนในแม่น้ำตอนล่าง การ์เดนริเวอร์ (นิวยอร์ก) ซึ่งมีภาระจากมนุษย์สูง ได้รับการเสริมสมรรถนะด้วยโครเมียมถึง 510% เมื่อเทียบกับพื้นที่อ้างอิง

สำหรับมนุษย์ โครเมียมไม่เป็นพิษเฉียบพลัน แต่สารประกอบหลายชนิดของโลหะนี้เป็นสารก่อมะเร็ง ในแง่ของการพิจารณาประเด็นที่เกี่ยวข้องกับการปนเปื้อนของน้ำใต้ดินด้วยโลหะหนัก ควรสังเกตว่าในทศวรรษที่ผ่านมา อันเป็นผลมาจากผลกระทบทางมานุษยวิทยาที่รุนแรง องค์ประกอบทางเคมีไม่เพียง แต่บนพื้นผิว แต่ยังรวมถึงน้ำใต้ดินมีการเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด แม้จะมีการป้องกันที่ค่อนข้างสูง (เมื่อเทียบกับน้ำผิวดิน) จากมลภาวะ แต่ก็พบ Pb, Cr, Hg, Cu, Zn, ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี ฯลฯ ความเข้มข้นของโลหะหนักและมลพิษอื่นๆ กำลังเพิ่มขึ้นในเมืองใหญ่และศูนย์กลางอุตสาหกรรม สาเหตุหลักของกระบวนการนี้คือ: มลพิษในแหล่งน้ำบาดาล การฉีดของเสียที่เป็นพิษสูงลงในชั้นหินอุ้มน้ำลึก และการสกัดน้ำบาดาลเพิ่มขึ้นสำหรับความต้องการในครัวเรือนและอุตสาหกรรม ประการหลังนำไปสู่การแทรกซึมของน้ำเสียจากแหล่งน้ำผิวดิน ระดับอันตรายของการปนเปื้อนของชั้นหินอุ้มน้ำจะพิจารณาจากสภาพอุทกธรณีวิทยาของพื้นที่ ระยะเวลาการดำเนินงานของแหล่งที่กำหนด ลักษณะของของเสียที่ก่อมลพิษและความเข้มข้นของแหล่งดังกล่าว ตลอดจนขนาดของแหล่งกำเนิด น้ำที่มีมลพิษมักจะหนักกว่าน้ำจืดที่ไม่มีมลพิษในชั้นหินอุ้มน้ำ ดังนั้นกระแสน้ำจากแหล่งกำเนิดจะกระจายไปทางด้านล่างเป็นส่วนใหญ่ เมื่อมีน้ำใต้ดินไหลในแนวนอน น้ำใต้ดินจะถูกพัดพาไป และเมื่อพบกับชั้นที่ผ่านไม่ได้ มันกระจัดกระจายไปทั่ว ขนาดของพื้นที่น้ำบาดาลที่ปนเปื้อนนั้นไม่เพียงขึ้นอยู่กับพื้นที่เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับพลังของแหล่งที่มาของการรั่วไหลรวมถึงตำแหน่งของมันที่เกี่ยวข้องกับการอพยพของน้ำใต้ดินด้วย ความยาวของการไหลของน้ำใต้ดินที่ปนเปื้อนขึ้นอยู่กับอัตราการกรองน้ำบาดาลที่แท้จริง ระยะเวลาของแหล่งที่มาและปัจจัยที่ส่งผลให้ความเข้มข้นของมลพิษลดลง (โลหะหนัก ฯลฯ ) - กระบวนการกรอง การละลาย การกระจายตัว การดูดซับ .

การศึกษาน้ำใต้ดินในระยะยาวแสดงให้เห็นว่าความเข้มของกระบวนการเคมีกายภาพที่ลดความเข้มข้นของโลหะหนักนั้นถูกกำหนดโดยองค์ประกอบของรูปแบบการอพยพของพวกมัน น่าเสียดายที่ปัญหานี้ได้รับการศึกษาน้อยมาก อย่างไรก็ตาม เป็นที่ชัดเจนแล้วว่าความสามารถขององค์ประกอบในการอพยพในน้ำนั้นส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยเวเลนซ์ ยิ่งความจุของส่วนประกอบสูงเท่าไร ส่วนประกอบก็จะยิ่งถูกกักเก็บไว้ในหินหรือขยะมูลฝอยอย่างแน่นหนามากขึ้นเท่านั้น ส่วนประกอบก็จะยิ่งอ่อนลงและการเคลื่อนตัวของน้ำก็จะน้อยลงไปด้วย ลำดับการโยกย้ายไมโครคอมโพเนนต์โดยประมาณมีลักษณะดังนี้: .

การพึ่งพาการอพยพของน้ำขององค์ประกอบที่ก่อให้เกิดมลพิษต่อน้ำหนักไอออนิกถูกกำหนดโดยข้อความต่อไปนี้: ยิ่งน้ำหนักไอออนิกของส่วนประกอบมากขึ้นเท่าใด ก็ยิ่งสัมพันธ์กับหินมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งไหลผ่านลงไปในน้ำใต้ดินได้แย่ลง และยิ่งเกิดการตกตะกอนได้ดียิ่งขึ้น . ตัวอย่างเช่น การอพยพของน้ำของ Divalent Ba ที่มีน้ำหนักไอออนิก 137.34 จะน้อยกว่าการอพยพของน้ำของ Divalent Ba ที่มีน้ำหนักไอออนิก 54.91

การพึ่งพาการอพยพของสารมลพิษในน้ำในรัศมีไอออนิกนั้นซับซ้อนกว่า แต่โดยทั่วไปแล้วกฎจะสังเกตได้: ยิ่งรัศมีไอออนิกขององค์ประกอบมีขนาดใหญ่เท่าใด มันก็จะผ่านเข้าไปในน้ำใต้ดินได้ง่ายขึ้นและมีส่วนร่วมในกระบวนการละลายมากขึ้นเท่านั้น ภายในขีดจำกัดของส่วนประกอบที่มีเวเลนซ์ที่ชัดเจน ความสามารถที่มากขึ้นสำหรับกระบวนการเหล่านี้ถูกตรวจพบในส่วนประกอบที่มีรัศมีไอออนิกขนาดใหญ่

องค์ประกอบสามกลุ่มสามารถแยกแยะได้ตามความเข้มของการเคลื่อนที่ในน้ำใต้ดินตามขนาดของศักย์ไอออนิก คณะที่มีศักยภาพไอออนิกถึง +3 ได้แก่ องค์ประกอบเหล่านี้อพยพไปในน้ำได้ไม่ดี แต่น้ำสามารถทนได้ดี องค์ประกอบที่มีศักยภาพไอออนิกมากกว่า +3 จะผ่านลงไปในน้ำได้เล็กน้อย แต่จะละลายได้ในน้ำเล็กน้อย: , Ga, Al, U, Zr, Ti, Nb, Ta, . ในบรรดาส่วนประกอบที่เป็นมลพิษขนาดเล็ก ส่วนประกอบที่ละลายได้ง่ายและเคลื่อนที่ได้ง่ายที่สุดคือสารประกอบฮาโลเจน ไฮโดรคาร์บอเนต และซัลเฟต SrSO4, SrCO3, BaCO3 ที่ละลายน้ำได้น้อยกว่าและเคลื่อนที่ได้น้อยกว่า Fe3+, Mn3+ และออกไซด์ Ti4+, Zn4+, Th4+ มีความคล่องตัวน้อยที่สุด

องค์ประกอบของน้ำบาดาลธรรมชาติมีอิทธิพลสำคัญต่อการอพยพของสารมลพิษ ในน้ำที่มีองค์ประกอบทางเคมีต่างกัน ความสามารถในการละลายของสารประกอบแร่ธาตุหลายชนิดของสารมลพิษมาโครและไมโครคอมโพเนนต์จะเปลี่ยนแปลงไป

(ตารางที่ 12.2)

ประเภทของน้ำบาดาล

ตารางที่ 12.2. ช่วงของปริมาณ Mn, Cu, Fe, Al, Ba ในน้ำใต้ดินที่มีการไหลต่างๆ

ประเภทของน้ำบาดาล	มน	ลูกบาศ์ก	เฟ	อัล	บ
ผสมได้ถึง 1 กรัม/ลิตร	จนถึงหน่วยแรก
มากถึง 25 กรัม/ลิตร HCO 3 ClNa	0,2-5,0	0,2-8,0	0,2-2,0	1,5-35,0	5,0-50,0
ClNa สูงถึง 150 กรัม/ลิตร	3,7-20	5,2-10,7	2,0-15,0	15-25,0	9,0-12,0
ClNaCa 25-250 กรัม/ลิตร	4,5-18	5,0-97,0	3,4-40,0	12-32,0	2,4-11,6
ClNaCa 70-300 กรัม/ลิตร	2,3-28	0,2-29,0	3,4-214	13,5-32	8,1-200
ClCaNa 300 กรัม/ลิตร	0,0-5,0	0,8-18,0	0,5-6,2	1,0-2,0	สล.-7.0