Тяжелые металлы

 Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк, ) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3, 5 тыс. т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 121тыс. т. 0ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла ( 910 тыс. т. /год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метил-ртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 0жертв болезни Миномата, причиной которой послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в залив Минамата. Свиний - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свиний активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу.

 С континентальной  пылью океан получает ( 20-30)*10^3 т. свинца в год.

 Сброс отходов в море с целью захоронения 

 Многие  страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение  различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при  дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного  мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных  отходов. Объем захоронений составил около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой  океан. Основанием для дампинга в  море служит возможность морской  среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна. Поэтому дампинг рассматривается  как вынужденная мера, временная  дань общества несовершенству технологии. В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в среднем содержит ( на массу сухого вещества) 32-40% 0органических веществ; 0,56% азота; 0,44% фосфора; 0,155% цинка; 0, 085% свинца; 0,001% ртути; 0, 001% кадмия. Во время сброса прохождении материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических веществ чисто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и не едко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода. Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов. Воздействию сбрасываемых материалов в разной степени подвергаются организмы бентоса и др. В случае образования поверхностных пленок, содержащих нефтяные углеводороды и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух - вода. Загрязняющие вещества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробионтов и оказывать токсическое воздействие на них. Сброс материалов дампинга на дно и длительная повышенная мутность приданной воды приводит к гибели от удушья малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб, моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий питания и дыхания. Нередко изменяется видовой состав данного сообщества. При организации системы контроля за выбросами отходов в море решающее значение имеет определение районов дампинга, определение динамики загрязнения морской воды и донных отложений. Для выявления возможных объемов сброса в море необходимо проводить расчеты всех загрязняющих веществ в составе материального сброса.

 31. Причины и методы устранения нефтяного загрязнения океана и континентальных вод.

   Нефть и нефтепродукты. Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. В 1967 году в результате крушения танкера “ Торри Каньон ” почти 100 тысяч тонн сырой нефти,покрыли многие километры английского и французского побережья толстым слоем чёрной грязи и погубили много тысяч морских птиц; особенно пострадали те, которые добывают пищу с поверхности воды, как например, - чистик. Крушения танкеров происходят ежегодно. Но во всех случаях громадные пятна нефти медленно растекаются по поверхности океанаБольшие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки.

   Нефтяная  пленка изменяет состав спектра и  интенсивность проникновения в  воду света. Пропускание света тонкими  пленками сырой нефти составляет 11-10% (280 нм), 60-70% (400нм). Пленка толщиной 30-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую "нефть в воде" и обратную "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.

   Существуют  и другие виды случайной утечки. Один из самых крупных выбросов нефти  произошёл в 1969 году при проведении подводного бурения недалеко от побережья  Калифорнии, близ города Санта - Барбара. Вместе с ростом размеров танкеров, увеличиваются и аварийные сливы  нефти в океан. Но при авариях  её выливается всё же меньше, чем  при безответственных действиях  экипажей. Дело в том, что танки  нефтепереливных судов промывают морской водой, которую потом выливают за борт. Однако больше всего море загрязняется нефтепродуктами, поступающими с суши, - отходами промышленных предприятий и автомобильных двигателей. Продукты сгорания нередко без разбора сбрасываются в море или выносятся туда реками.

   Нефтяные  загрязнения мирового океана и методы их устранения. Нефтяные загрязнения наносят большой ущерб морской флоре и фауне. В настоящее время нефть и можно обнаружить почти во всех районах Мирового океана. Благодаря большой стойкости нефтяные остатки передвигаются под действием ветров на большие расстояния от места сброса. Нефть движется в том же направлении, что и ветер, но со скоростью, составляющей приблизительно 3,5 % от его скорости. Сама же вода перемещается гораздо медленнее. Исследования показывают, что в зависимости от температуры окружающей среды с поверхности воды в первые часы чистый бензин испаряется полностью, за первые сутки теряется до 80 % технического бензина, до 22 % керосина, от 2 до 15 % нефти и до 0,3 % мазута.

   Различают следующие источники их сброса:

   – в танкерах промывание танков и слив балластной воды;

   – в сухогрузных судах слив льяльной воды, утечка из баков или насосных отделений;

   – проливание при погрузке и выгрузке;

   – случайный вылив при столкновении судов;

   – при подводной добыче появление  не с поверхности, а со дна.

   Нефть и нефтепродукты оказывают на фитопланктон и зоопланктон определенный токсический эффект. При этом может  наблюдаться различие в чувствительности отдельных их видов. Эта разница  может составить три-четыре порядка. Высокочувствительной к нефтяному  загрязнению оказалась икра рыб.

   Вопрос  о самоочищении морских вод от нефтяного загрязнения изучен весьма слабо. В этом сложном комплексном  процессе ведущее положение занимает биологический фактор, при котором  в результате деятельности нефтеокисляющих организмов происходит трансформация нефтяного загрязнения до простых соединений (углекислоты и воды), накопление нового органического вещества в результате нарастания биомассы микроорганизмов. Однако, естественные процессы самоочисток уже не справляются по причине систематического попадания нефти и нефтепродуктов в морскую воду. За последние годы накоплен значительный материал по разработке различных методов для устранения нефтяных загрязнений.

   Нефть и нефтепродукты можно сжигать, но только сразу после разлива, т. к. она в течение первых двух часов  теряет легкие фракции, и быстро растекаясь, образует тонкий слой, а охлаждающее  действие воды, находящейся под этим слоем, приводит к прекращению горения.  Нефть и нефтепродукты можно собирать с поверхности воды тремя способами: простым вычерпыванием вручную с борта небольших катеров; ограничение нефтяной пленки с помощью плавающих бонов с дальнейшей ее концентрированием путем уменьшения поверхности и сближения бонов; сложными машинными комплексами. Нефть, плавающую на поверхности воды, можно частично собрать, накрыв ее адсорбирующим материалом. Весьма обещающим методом обработки является покрытие нефтяной пленки порошком или мелкогранулированным веществом, которые, смешиваясь с нефтью, приклеиваются и затопляют ее. Однако, многочисленные эксперименты показали, что через несколько месяцев затопленная масса является подвижной, и нефть может подняться при волнении моря.

   Перспективным является использование детергентов, к которым относятся вещества, образующие эмульсию и химически  воздействующие на молекулы углеводородных соединений и изменяющие их поверхностное  натяжение.

   Нефтепродукты обладают малым, по сравнению с водой, поверхностным натяжением, поэтому при барботировании воздуха через воду не нужно использовать пенообразователи. В этом случае нефть будут адсорбироваться на разделе фаз "газ жидкость", суммарная площадь поверхности воздушных пузырьков зависит от их диаметра и может быть достаточно велика.  Учитывая все это, авторами статьи разработано механическое плавающее перемещаемое устройство, на котором осуществляются все эти три физико-химических процесса (флотация, адгезия и адсорбция). Преимущество этого предлагаемого устройства перед существующими заключается в следующем:

   1) нефть и нефтепродукты извлекаются  не только с поверхности воды, но и из поверхностного слоя  воды, определяемым конструкцией аппарата;

   2) поверхностный слой воды очищается  не только от жидких, но и  от твердых частиц;

   3) одновременное осуществление всех  этих трех физико-химических процессов  обуславливает большую эффективность  процесса очистки данной акватории  от нефти и нефтепродуктов

 32. Болезнь Минамата: причины и медико – экологические последствия загрязнения морских вод.

 Болезнь Минамата— синдром, вызываемый отравлением органическими соединениями ртути, преимущественно метилртутью. Была впервые обнаружена в Японии, в префектуре Кумамото в городе Минамата в 1956 году. Симптомы включают нарушение моторики, парестезию в конечностях, ослабление зрения и слуха, а в тяжёлых случаях — паралич и нарушение сознания, завершающиеся летальным исходом.

 Причиной возникновения болезни послужил продолжительный выброс компанией «Chisso» в воду залива Минамата ртути, которую донные микроорганизмы в своём метаболизме преобразовывали в метилртуть. Это соединение ещё более токсично и, как и ртуть, склонно накапливаться в организмах, в результате чего концентрация этого вещества в тканях организмов возрастает с повышением их положения в пищевой цепочке.

 Метилртуть за счёт своей липофильности поражает главным образом центральную нервную систему. Симптомы включают онемение и слабость в ногах и руках, усталость, звон в ушах, сужение поля зрения, потерю слуха, нечленораздельную речь и неуклюжие движения. Некоторые из тяжелых жертв болезни Минамата сходили с ума, теряли сознание и умирали в течение месяца после начала болезни.

 Имеются также жертвы с хроническими симптомами болезни Минамата, такими как головные боли, частая усталость, потеря обоняния и вкуса, а также забывчивость, которые малозаметны, но чрезвычайно затрудняют повседневную жизнь. Кроме того, имеются пациенты с врожденной болезнью Минамата, которые родились с патологией в результате воздействия метилртути, когда они ещё находились в утробе своих матерей, употреблявших в пищу зараженную рыбу. От болезни Минамата ещё не придумали средство, поэтому лечение заключается в попытках ослабить симптомы и в применении физической реабилитационной терапии. В дополнение к физическому вреду, причиняемому здоровью, также имеется социальный вред, который заключается в дискриминации жертв болезни Минамата.

 Установление  причины.Проанализировав информацию о пострадавших, учёные из университета Кумамото обнаружили, что они происходили из рыбацких деревень на побережье залива Минамата. Их основная пища состояла из морепродуктов, выловленных в этом заливе. Кроме того, обнаружилось, что у котов в этих деревнях наблюдались похожие симптомы. Это навело учёных на мысль об отравлении морепродуктов тяжелыми металлами.

 После установления причины исследователи сразу  обратили внимание на завод компании «Chisso». Химический анализ, проведённый самой компанией, выявил высокое содержание в сточных водах свинца, ртути, марганца, мышьяка, селена и таллия.

 Причины и медико – экологические  последствия загрязнения  морских вод.

 Скорости  поступления загрязняющих веществ  в Мировой океан в последнее  время резко возросли. Ежегодно в  океан сбрасывается до 300 млрд м3 сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке. Морские экосистемы подвергаются все большему антропогенному воздействию посредством химических токсикантов, которые, аккумулируясь гидробионтами по трофической цепи, приводят к гибели консументов даже высоких порядков, в том числе и наземных животных — морских птиц, например. Среди химических токсикантов наибольшую опасность для морской биоты и человека представляют нефтяные углеводороды (особенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.).

 По Ю. А. Израэлю (1985), экологические последствия загрязнения морских экосистем выражаются в следующих процессах и явлениях :

 — нарушении устойчивости экосистем;

 — прогрессирующей  эвтрофикации;

 — появлении «красных приливов»;