Химико-экологическое исследование влияния Pb, Cd, Zn и их соединений на ОС на УКМК АО «Казцинк»

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 

РЕСПУБЛИКИ  КАЗАХСТАН

ВОСТОЧНО - КАЗАХСТАНСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С. АМАНЖОЛОВА

ФАКУЛЬТЕТ ЭКОЛОГИИ И ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК

КАФЕДРА НЕОРГАНИЧЕСКОЙ И АНАЛИТИЧЕСКОЙ  ХИМИИ 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

На  тему: ХИМИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СВИНЦА, КАДМИЯ, ЦИНКА  И ИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ НА ТЕРРИТОРИИ УКМК ОАО«КАЗЦИНК» 
 
 
 
 

Научный руководитель:      Седелев В.А. 
 

Выполнил:               Баева Е.А. 
 
 
 
 
 
 
 
 

г. Усть – Каменогорск,  2008 год

СОДЕРЖАНИЕ: 

Введение……………………………………………..……………………...3 

1. Источники поступления тяжелых металлов в  окружающую среду

I.1. Атмосферная химия кадмия, свинца, цинка…………………….

2. Экологическое состояние г.Усть-Каменогорска…………………….

II.1. Выбросы газов в атмосферу……………………………………

3. Кадмий и его неорганические соединения…………………………

III.1. Токсическое действие кадмия и его неорганических соединений……………………………………………………………

4. Свинец и его неорганические соединения…………………………

IV.1. Токсическое действие свинца и его неорганических соединений………………………………………………………….

5. Цинк и его неорганические соединения………………………….

V.1. Токсическое действие цинка и его неорганических соединений…………………………………………………………..

Заключение…………………………………………………………….......

      Список используемой литературы……………………………….……. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

    Восточно-Казахстанская область в силу исторически сложившегося развития, связанного с преобладанием цветной металлургии и горнодобывающей промышленности, является одним из наиболее неблагополучных регионов в Республике.

    Масштабы промышленного производства, несовершенство технологий и оборудования, диспропорции в размещении производственных сил привели к устойчивым изменениям окружающей среды с нарушением природоохранного равновесия. Загрязнены атмосфера, поверхностные и подземные воды, почвы, деградирует растительный и животный мир.

По оценкам  специалистов-экологов, по данным экспресс-справки «Состояние окружающей среды. Восточно-Казахстанская область», степень загрязнения воздуха в промышленных центрах области характеризуется как очень высокая. Подземные и поверхностные воды имеют также чрезвычайно высокую степень многокомпонентного загрязнения. Накопленные на полигонах захоронения и складирования токсичные вещества не могут быть оперативно удалены или доведены до безопасных уровней, следовательно, ещё долгое время будут отравлять окружающую среду. Существенное влияние оказали и ядерные испытания, проводившиеся на Семипалатинском полигоне.

      Всё это делает решение экологических проблем первоочередной задачей, так как загрязнение и разрушение природной среды не признаёт существующих государственных границ, преодоление этих губительных процессов возможно лишь на основе объединения усилий специалистов- экологов, научных кадров, общественности.

     В этих условиях особую значимость приобретает обмен информацией о качестве окружающей среды, о научных и практических достижениях в решении экологических проблем, экологическое просвещение и формирование экологически ориентированного сознания у широких слоёв населения.

      В освещении экологических проблем, естественно, важна, правда, но без паники, без аксессуаров остроты подачи материалов. В таких случаях важна лишь объективная информация специалистов.

      Центром Восточно – Казахстанской Области является город Усть – Каменогорск. Город Усть-Каменогорск является одним из наиболее крупных промышленных центров Казахстана и представляет собой уникальную урбанизированную систему, перенасыщенную промышленными предприятиями самой различной техногенной ориентации. Здесь на сравнительно небольшой территории размещены крупные объекты цветной металлургии, атомно-промышленного и редкометалльного комплексов, теплоэнергетики, транспорта, пищевой и перерабатывающей промышленности, коммунального хозяйства. В результате многолетнего комплексного воздействия антропогенных факторов состояние окружающей среды Усть-Каменогорска значительно изменено. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

I. Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду 

Различают естественные (природные) и техногенные источники поступления ТМ в окружающую среду.

Естественные  источники

      К естественным источникам ТМ в экосистемах в первую очередь относятся горные породы (осадочные, магматические, метаморфические), из продуктов выветривания (эрозия, вулканическая деятельность) которых сформировался почвенный покров. При этом верхняя мантия, базальты и граниты выступают как первичные, а осадочные породы, воды океанов, живое вещество планеты— как вторичные вместилища ТМ.

      К естественным источникам ТМ относят также термальные воды и рассолы, космическую и метеоритную пыль, вулканические газы, лесные пожары, диспергирование морской воды, некоторые биологические процессы и др.

      Поступление ТМ в атмосферу  в результате лесных пожаров  по своему планетарному значению  вполне сопоставимо с такими  катастрофическими событиями, как вулканические извержения, а по геохимическим последствиям даже более значительны. По имеющимся оценкам, из-за лесных пожаров в атмосферу поступает ежегодно (т): железа — 350000, цинка — 250000, меди — 35000, свинца— 6700.

          По мнению ряда авторов, биологическое происхождение имеют 30-50% поступающих в атмосферу кадмия, меди, марганца, свинца, цинка, мышьяка и сурьмы, и свыше 50% селена и молибдена.

      ТМ поступают в окружающую  среду и из зеленых органов  деревьев в форме легколетучих комплексов с терпенами: изопреном, пиненом и др.

Техногенные источники

      Техногенные источники поступления  ТМ в экосистемы весьма разнообразны. Среди важнейших из них следующие  : предприятия цветной и черной  металлургии, электростанции, сжигающие уголь и нефть, автотранспорт, отходы животноводческих комплексов, осадки сточных вод, минеральные и органические удобрения, горнодобывающая, химическая промышленность и др.

    Из техногенных источников ТМ  поступают в окружающую среду  в виде разнообразных химических соединений. Среди соединений неорганической природы в наибольших количествах встречаются карбонаты и оксикарбонаты, галогениды, оксиды, сульфаты и сульфиды. Часть металлов пылевых выбросов (свинец, кадмий, ртуть и другие) могут находиться в виде металлорганических соединений. Соединения такого рода особенно распространены в сточных водах и осадках сточных вод.

     Предприятия цветной и черной металлургии. От данных предприятий на поверхность Земли ежегодно поступает (т): меди не менее 154650; цинка — 121500; свинца — 89000; никеля — 12000; кобальта — 765; молибдена — 1500; ртути — 305. В.В. Запасный с соавторами (2000) показали, что Усть- Каменогорский металлургический комплекс выбросил с пылью в атмосферу в 1998 г. 90,3 т свинца. При этом через дымовые трубы высотой 150 и 175 м было рассеяно 22,8 т, а остальное количество поступило в атмосферу через низкие организованные и неорганизованные источники.

    Фазовый состав элементов в газопылевых выбросах предприятий цветной металлургии довольно однотипен: он представлен преимущественно оксидами.

    

I.1. Атмосферная химия кадмия, свинца, цинка 

     Химические формы существования ТМ в атмосфере могут оказать значительное влияние на степень экологического воздействия на окружающую среду, поскольку они определяют токсичность ТМ, а также растворимость, т.е. доступность для живых организмов.

      В литературе имеется довольно ограниченная информация о химических соединениях металлов, поступающих в атмосферу из антропогенных источников. Предполагается, что при высокотемпературных процессах (сжигание угля и отходов, плавление металлов) происходит трансформация исходных форм ТМ преимущественно в их оксидные формы. Так, при минералогическом анализе летучей золы углей было установлено преобладающее содержание оксидов и силикатов, причем вероятнее всего силикаты являлись первичными минералами, а оксиды — вторичными, образующимися в процессе сгорания.

     В выбросах, содержащих Cd, преобладают элементарный кадмий и его оксиды. Эти формы считаются наиболее токсичными, так же как хлорид кадмия, обнаруженный в выбросах установок по сжиганию мусора. Исследование пыли плавильных печей при производстве феррохрома показало, что примерно половина от общего количества содержащегося в пыли хрома находилась в биодоступной форме, т.е. способной экстрагироваться путем кислотного либо щелочного выщелачивания.

В природные  воды поступает при выщелачивании  почв, полиметаллических и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных его накапливать. Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий (производство серной кислоты), гальванического производства, а также с шахтными водами. Понижение концентрации растворенных соединений кадмия происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными организмами. Растворенные формы кадмия в природных водах представляют собой главным образом минеральные и органо-минеральные комплексы. Основной взвешенной формой кадмия являются его сорбированные соединения. Значительная часть кадмия может мигрировать в составе клеток гидробионтов. В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах кадмий содержится в субмикрограммовых концентрациях, в загрязненных и сточных водах концентрация кадмия может достигать десятков микрограммов в 1 дм 3 . Соединения кадмия играют важную роль в процессе жизнедеятельности животных и человека. В повышенных концентрациях токсичен, особенно в сочетании с другими токсичными веществами. ПДК в составляет 0,001 мг/дм³ , ПДК вр — 0,0005 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — токсикологический).

     В выхлопах автомобильного транспорта, являющегося основным поставщиком свинца в атмосферу, этот металл присутствует в двух формах: органической и неорганической, причем последняя составляет 70-75%. Основными соединениями в выбросах транспорта являются смешанные галогениды, при этом доминируют PbBrCl и αРbВrСl ۰ NH₄Cl. Однако в атмосферном воздухе, загрязненном автомобильными выбросами, основным соединением является PbSO₄ ۰ (NН₄)₂SO₄, образующийся при взаимодействии PbBrCl c аэрозолями, содержащими нейтральные ((NН₄)₂SO₄) или кислые (NH₄HSO₄) сульфаты.

 Значительное  повышение содержания свинца  в окружающей среде (в т.ч. и в поверхностных водах) связано со сжиганием углей, применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических производств, шахт и т.д. Существенными факторами понижения концентрации свинца в воде является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения. В числе других металлов свинец извлекается и накапливается гидробионтами. Свинец находится в природных водах в растворенном и взвешенном (сорбированном) состоянии. В растворенной форме встречается в виде минеральных и органоминеральных комплексов, а также простых ионов, в нерастворимой - главным образом в виде сульфидов, сульфатов и карбонатов. В речных водах концентрация свинца колеблется от десятых долей до единиц микрограммов в 1 дм³ . Даже в воде водных объектов, прилегающих к районам полиметаллических руд, концентрация его редко достигает десятков миллиграммов в 1 дм³ . Лишь в хлоридных термальных водах концентрация свинца иногда достигает нескольких миллиграммов в 1 дм³ . Лимитирующий показатель вредности свинца - санитарно-токсилогический. ПДК в свинца составляет 0,03 мг/дм³, ПДК вр – 0,1 мг/дм³. Свинец содержится в выбросах предприятиями металлургии, металлообработки, электротехники, нефтехимии и автотранспорта. Влияние свинца на здоровье происходит при вдыхании воздуха, содержащего свинец, и поступлении свинца с пищей, водой, на пылевых частицах. Свинец накапливается в теле, в костях и поверхностных тканях. Свинец влияет на почки, печень, нервную систему и органы кровообразования. Пожилые и дети особенно чувствительны даже к низким дозам свинца.

      Тетраметилсвинец термически более стабилен и химически менее реакционноспособен; из органических соединений свинца именно он преобладает в загрязненной атмосфере.