Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами

Введение

Среди загрязнителей биосферы, представляющих наибольший интерес  для различных служб контроля ее качества, тяжелые металлы относятся к числу важнейших. В значительной мере это связано с биологической активностью многих из них. На организм человека и животных физиологическое действие металлов различно и зависит от природы металла, типа соединения, в котором он существует в природной среде, а также его концентрации. Многие тяжелые металлы проявляют выраженные комплексообразующие свойства. Так, в водных средах ионы этих металлов гидратированы и способны образовывать различные гидроксокомплексы, состав которых зависит от кислотности раствора. Если в растворе присутствуют какие-либо анионы или молекулы органических соединений, то ионы этих металлов образуют разнообразные комплексы различного строения и устойчивости. В ряду тяжелых металлов одни крайне необходимы для жизнеобеспечения человека и других живых организмов и относятся к так называемым биогенным элементам. Другие вызывают противоположный эффект и, попадая в живой организм, приводят к его отравлению или гибели. Эти металлы относят к классу ксенобиотиков, то есть чуждых живому. Специалистами по охране окружающей среды среди металлов-токсикантов выделена приоритетная группа. В нее входят кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром как наиболее опасные для здоровья человека и животных. Из них ртуть, свинец и кадмий наиболее токсичны.

К возможным источникам загрязнения  биосферы тяжелыми металлами относят  предприятия черной и цветной  металлургии (аэрозольные выбросы, загрязняющие атмосферу, промышленные стоки, загрязняющие поверхностные  воды), машиностроения (гальванические ванны меднения, никелирования, хромирования, кадмирования), заводы по переработке аккумуляторных батарей, автомобильный транспорт.

Хотя, как было упомянуто  выше, попадание металла-токсиканта может происходить и путем аэрозольного переноса, в основном они проникают в живой организм через воду. Попав в организм, металлы-токсиканты чаще всего не подвергаются каким-либо существенным превращениям, как это происходит с органическимитоксикантами, и, включившись в биохимический цикл, они крайне медленно покидают его.

К сложной и многогранной проблеме, которую представляют собой химическое загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и которая охватывает различные дисциплины и уже превратилась в самостоятельную междисциплинарную область знаний, профессиональный интерес проявляют не только химики-аналитики, биологи и экологи (их деятельность традиционно связана с этой проблемой), но и медики. В потоке научной и научно-популярной информации, а также в средствах массовой информации все чаще появляются материалы о влиянии тяжелых металлов на состояние здоровья человека. Таким образом обсуждение некоторых химических и эколого-химических аспектов проблемы распространения тяжелых металлов в окружающей среде является актуальной.

 

Цель данной курсовой работы: оценить влияние тяжелых металлов на гидросферу и живые организмы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1)рассмотреть классификацию тяжелых металлов;

2)выявить источники поступления тяжелых металлов в гидросферу;

3)описать формы существования тяжелых металлов в поверхностных водах;

4)рассмотреть методы обнаружения и методы очистки от тяжелых металлов

5) рассмотреть влияние тяжелых металлов как токсикантов в природных водах;                                                    

6) рассмотреть вредное воздействие на живые организмы.

7)рассмотреть правовые основы охраны и рационального использования водных ресурсов.

8)провести оценку эколого-экономической опасности сточных вод, содержащих тяжелые металлы.

При рассмотрении данной темы можно выделить следующие аспекты.

Социально-политический аспект.

При рассмотрение такой экологическойпроблемы,как :загрязнение водных объектов тяжелыми металлами связано с решением проблем окружающей среды в масштабах всего человечества при наличии разных социальных систем. В связи с неделимостью биосферы загрязнение природной среды невозможно удержать в территориальных границах страны, в которой это происходит. Для разработки и внедрения новых, максимально эффективных и экономически выгодных методов очистки от тяжелых металлов требуются экономические и научно- технические возможности всех стран.

Экономический аспект. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами приводит к деградации  водоемов, причем все возрастающая степень загрязнения может оказаться необратимой. Применение гигиенических нормативов снижает степень загрязнения водных объектов и открывает возможность использования экономичных новых технологий использования природных ресурсов.

Экологический аспект. При осуществлении любого вида человеческой деятельности неизбежно привнесение в окружающую среду различных загрязняющих веществ. Нормирование содержания токсичных тяжелых металлов в объектах окружающей среды позволяет целенаправленно совершенствовать технологию производства и снижать их негативное воздействие на здоровье человека.

Концепция устойчивого  развития.Выполнение постоянно совершенствующихся нормативов содержания тяжелых металлов вводных объектах, сохранение чистоты воздушной и водной среды, обеспечивают России устойчивое развитие, научно-технический прогресс и здоровье нации на протяжении всей жизни, как настоящего, так и будущих поколений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Проблемы воздействия   тяжелых металлов на гидросферу

 

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк,) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Тяжелые металлы 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 13,5 тыс.т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 112 тыс.т. ртути, причем значительная часть антропогенногопроихождения. 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 высокотоксичнуюметилртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Миномата, причиной которой послу жили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предриятий поступали в залив Минамата. Свиней типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свиней 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.[8].

 

1.1 Классификация тяжелых металлов сбрасываемых в водные объекты

 

Тяжелые металлы относятся  к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах[6].

Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия.

В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых  металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные итехногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам(например, мышьяк)[4].

В работах, посвященных проблемам  загрязнения окружающей природной  среды иэкологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции ибиомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 800 г/м³. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg[23].

Формально определению тяжелые  металлы соответствует большое  количество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ. Согласно исследованиям Ю.А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских

странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные иредкие металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb,Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего

добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn.

 

 

 

Рисунок 1 – Потенциальный запас водных ресурсов России

 

Зaпaсы и качество природных вод крайне неравномерно распределены по территории России. Рисунок 1 отрaжaет уровень обеспечения территории проточной водой из поверхностных источников[1].

Наиболее обеспечены водными  ресурсами низовья Оби, Обско-Енисейское междуречье, Низовья Енисея, Лены и  Амурa. Повышенный уровень водообеспеченности хaрaктерен для Европейского Севера, Средней Сибири, Дальнего Востока и зaпaдного Приурaлья. Из Субъектов Федерации наибольшие покaзaтели имеют Красноярский край и Кaмчaтскaя область (без автономных округов), Сaхaлинскaя область, Еврейская aвтономнaя область. В центре и на юге Европейской части страны, где сосредоточено основное население России, зона удовлетворительной водообеспеченности ограничивaется долиной Волги и горными рaйонaми Кaвкaзa. Из aдминистрaтивных обрaзовaний наибольший дефицит водных ресурсов отмечается в Калмыкии и Ростовской области. Немногим лучше ситуация в Стaвропольском крaе, южных облaстях Центрaльного, в Черноземном рaйоне и южном Зaурaлье.

 

Рисунок 2 – Интенсивность использования водных ресурсов России

 

Рисунок 2 хaрaктеризует объемы воды, забираемой из природных водных объектов для хозяйственно-питьевых, производственных и прочих (полив, зaкaчкa в скважины и др.) нужд[22].

Объемы забора воды на одного экономически активного жителя имеют  высокое значение в группе регионов центральной Сибири (Иркутская область, Красноярский край с Таймырским округом, Хaкaссия, Тува, Кемеровская область).

 

1.2 Загрязнение водного объекта

Загрязнение — это процесс  отрицательного видоизменения окружающей среды — воздуха, воды, почвы —  путём её интоксикации веществами, которые угрожают жизни живых организмов.

 

Рисунок 3– Виды загрязнения окружающей среды

 

Загрязнение воды - это понижение  ее качества в результате попадания  в реки, ручьи, озера, моря и океаны различных физических, химических или  биологических веществ. Загрязнение  воды имеет много причин.

Ежегодно в реки и водоемы  России сбрасываются 17 000куб.м неочищенных сточных вод. Вместе с ними, по оценкам Росприроднадзора, в воду попадает более 12 миллионов тонн загрязняющих веществ[27].

50% объема сброса загрязненных  сточных вод обеспечивают 64 наиболее  крупных предприятия, в основном, жилищно-коммунального хозяйства  и целлюлозно-бумажной промышленности, 75% объема сброса загрязненных  сточных вод осуществляются 230 предприятиями в РБ.

В России есть законы, которые  запрещают предприятиям напрямую сбрасывать опасные вещества в водоемы. Тем  не менее их сбрасывают, потому что за этим никто не следит: государственный экологический контроль в России находится в плачевном состоянии[19].

Другая проблема состоит  в том, что многие предприятия  в стране де-юре бессточные. Стоки  у них  сбрасываются в общую  систему городской канализации, и ответственность за них несет  водоканал города. Трудность в  том, что отходы каждого предприятия  содержат весьма специфические загрязняющие вещества. Их легко извлечь по отдельности, но когда сотни их, смешавшись, попадают в общегородские коллекторы, справиться с ними сложнее – так как городская канализация рассчитана на очистку бытовых, а не промышленных отходов. Более 70% грязных стоков в Петербурге попадает в реки через коллекторы водоканала. Похожая ситуация в Москве, Ярославле и других городах.

10 наиболее загрязненных  городов бывшего СССР.             

Металлы приведены в порядке  убывания уровня приоритетности для  данного города.