Источники и масштабы tеxнoгенного загрязнения биосферы

Токсичность марганца не зависит от валентности иона. Недействующей концентрацией всех соединений марганца (по влиянию на здоровье людей) является концентрация 2 мг/л в пересчете на ион марганца. Более высокие концентрации марганца вызывают изменения со стороны высшей нервной деятельности, усиливают накопления фосфора в костях, уменьшая его выделение с мочой. Кроме того, происходит снижение активности ферментов крови.

Присутствие никеля в природных водах обусловлено составом пород. Через которые проходит вода: он обнаруживается в местах месторождений сульфидных медно-никелевых и железо-никелевых руд. В воду попадает из почв и из растительных и животных организмов при их распаде. Повышенное по сравнению с другими типами водорослей содержание никеля обнаружено в сине-зеленых водорослях. Соединения никеля поступают в водные объекты также со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. Значительные выбросы никеля сопровождают процессы сжигания каменного угля и мазута.

Растворенные формы соединений никеля представляют собой главным образом комплексные ионы, наиболее часто с аминокислотами, гуминовыми и фульвокислотами, а также в виде прочного цианидного комплекса. Наиболее распространены в природных водах соединения Ni ⁺². Никель принадлежит к числу канцерогенных металлов. Он способен вызвать респираторные заболевания. Считается, что свободные ионы Ni⁺² примерно в два раза более токсичны, чем его комплексные соединения. Содержание никеля в чистых природных водах может изменяться в приделах 1…10 мкг/л, в промышленных регионах его концентрация

достигает  50... 100 мкг/л  при условии нормального функционирования очистных сооружений на промышленных предприятиях. В подземных водах, омывающих никельсодержащие горные породы, концентрация никеля иногда возрастает до 20 мг/л.

Растворимые соли никеля вызывают гибель дафнии при концентрации никеля 1...2мг/л, рыбы - при 4,5...5,0 мг/л. Присутствие  никеля в городских сточных водах  в количестве более 1 мг/л тормозит их биологическую очистку из-за его  токсического действия на микрофлору активного или.

По воздействию на природную  среду и по экологической опасности  никель входит в число наиболее опасных металлов и занимает четвертое место после ртути, кадмия и свинца.

ПДК никеля для воды составляет 0,1 мг/л.

В поверхностные воды соединения трех- и шестивалентного хрома попадают в результате выщелачивания из минералов (хромит, крокоит, уваровит). Значительные дозы могут поступать в водоемы со сточными гальванических цехов, предприятий химической промышленности, красильных цехов текстильных предприятий и кожевенных заводов.

В растворенной форме хром может находиться в виде хроматов и биохроматов. В аэробных условиях Сг⁺⁶ переходит в Сг⁺³, соли которого в нейтральной и щелочной средах гидролизуются с выделением гидроксида, который сорбируется взвесью и донными осадками.

Концентрация растворенного  хрома в незагрязненных озерах и  реках обычно  колеблется в пределах 1...10мкг/л, а в океане - 0,05...0,5мкг/л.

Более высокие значения (5...50 мкг/л и более) фиксируются в  некоторых крупных реках, протекающих  через индустриальные районы. В загрязненных водах содержание хрома достигает 0,1 мг/л и более.

Соединения хрома губительно действуют на флору и фауну  и тем самым тормозят процессы самоочищения природных вод и  биологической очистки хозяйственно-бытовых  сточных вод на очистных сооружения.

 Трехвалентный хром  относительно нетоксичен, но шестивалентный  хром оказывает местное (дерматит, язвы) и токсическое воздействие  на почки, печень, кожу, эндокринные  железы и желудочно-кишечный тракт,  а также проявляет канцерогенное  и мутагенное действие. ПДК для  Сr⁺⁶  - 0,05; для Сr⁺³ - 0,5 мг/л.

К источникам поступления алюминия в природные воды относятся атмосферные осадки, сточные воды различных производств и частичное растворение глин и алюмосиликатов. В природных водах алюминий присутствует в ионной, коллоидной и взвешенной формах. Средние концентрации алюминия в водах большинства озер Северного полушария составляют сейчас 0,13 мг/л, а в реках - 0,7... 10 мг/л.

Ионы алюминия обладают токсичностью по отношению ко многим видам водных живых организмов и человеку; токсичность  проявляется  прежде всего, в кислой среде. Наиболее токсичными для водных организмов являются формы А1(ОН)²⁺ и А1(ОН)₂⁺, превалирующих в водах с рН между 5,0...5,5. Токсическое действие на гидробионты оказывают растворимые соединения алюминия - нитраты и хлориды.  Гибель рыбы и икры часто связывают также с образованием полимера гидроксида алюминия, осаждающихся на жабрах и на поверхность икринок.

На станциях водоподготовки в качестве коагулянта широко применяется  сернокислый алюминий. При коагуляции избыточными дозами этого коагулянта мутность воды может возрастать. При  содержании остаточного алюминия в  воде на уровне 0,5 мг/л мутность воды не изменяется. Избыточные концентрации алюминия придают воде неприятный вяжущий  привкус. Пороговая концентрация, установленная  по изменению вкуса воды, для хлористого алюминия равна 0,5 мг/л. Эта же концентрация не изменяет прозрачность воды и принята  в качестве ПДК.

 Естественными источниками  поступления свинца в поверхностные воды являются процессы растворения минералов. Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде (в том числе в поверхностных водах) связано с сжиганием углей, с применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами рудо обогатительных  фабрик, ряда металлургических заводов, химических производств и др.

В незагрязненных природных  водах концентрация свинца составляет около 1 мкг/л. Концентрация свинца в  природных водах более 0,1…0,3 мг/л  вызывает гибель подавляющей части  рыбы, при меньших концентрациях  он накапливается в биомассе рыбы, что может вызвать отравление при пищевом потреблении. Содержание свинца в сточных водах 0,1 мг/л и более тормозит процесс их биологической очистки на очистных  сооружениях.

Свинец - промышленный яд, способный  при неблагоприятных условиях оказаться  причиной отравления. В организм человека проникает образом через органы дыхания и пищеварения.

По разным данным человек  поглощает с воздухом, водой и  пищей 100…500 мкг свинца в день. От 1 до 3% поступающего свинца всасывается в кровь. Особенно энергично всасывание происходит в детском организме. Свинцовая интоксикация известна давно, однако для заболевания необходимо сравнительно высокая концентрация металла в доступной форме. Клинические признаки свинцового отравления наблюдаются при достижении концентрации свинца в крови 800 мг/л. ПДК для свинца - 0,03 мг/л уже при концентрации 0,05 мг/л проявляется слабый общетоксический и мутагенный эффекты.

В поверхностные воды соединения ртути могут поступать в результате выщелачивания пород в районе ртутных месторождений и в процессе разложения водных организмов, накапливающих ртуть. Значительные количества поступают в водные объекты со сточными водами электролизных производств, предприятий, производящих красители, пестициды, взрывчатые вещества, фармацевтические препараты. Теплоэлектростанции, работающие на угле, выбрасывают в цинк в атмосферу значительные количества соединений ртути, которые с мокрыми и сухими выпадениями попадают в водные объекты.

В поверхностных водах  соединения ртути находятся в  растворенном и взвешенном состоянии. Растворенными формами являются комплексные органические и минеральные  соединения, недесоциированные молекулы.

Содержание ртути в  природных водоемах промышленных регионов изменяется в широких пределах - 0,0001...3 мкг/л. Концентрация ртути в  воде водоема 5мкг/л и более вызывает гибель дафний. Токсическое действие ртути на рыбу начинается при концентрации 8 мкг/л. В планктоне водной системы  содержание ртути составляет около 0,01 мкг/г, мышечных тканях хищных рыб  оно достигает 0,5...1,5мкг/г, а у птиц - рыболовов 3... 14мкг/г. «Время жизни» ртути  в тканях рыб очень велико (400…1000 суток), т.е. она выводится крайне медленно. Ртуть накапливается в  донных отложениях водоемов (в иле) и оказывает губительное действие на живые организмы, обитающие в них.

Соединения ртути высокотоксичны: они поражают нервную систему  человека, вызывают изменение слизистой  оболочки, нарушения двигательной функции  и секреции желудочно-кишечного  тракта, изменения в крови и  др. Ртутьорганические соединения наиболее токсичны для человека и биоты. Их доля в речных водах составляет 46% от общего содержания, в донных отложениях - до 6%, в рыбах - до 95%. ПДК ртути  составляет 0,0005 мг/л.

В природные воды мышьяк поступает из минеральных источников районов мышьяковистого оруднения, а также из зон окисления и полиметаллических, медно-кобальтовых и вольфрамовых руд. Значительные количества мышьяка поступают в водные объекты со сточными водами обогатительных фабрик, отходами производства красителей, кожевенных заводов и предприятий, произвол производящих пестициды.

Наиболее токсичными соединениями мышьяка являются мышьяковистая  и мышьяковая кислоты и их соли (арсениты и арсенаты).  Элементарный мышьяк менее токсичен, чем его  соединения. Сульфаты и сульфиды мышьяка  плохо растворимы в воде и поэтому  менее опасны.

Соединения мышьяка в  повышенных концентрациях являются токсичными для организма животных и человека: они тормозят окислительные  процессы, угнетают снабжение кислородом органов и тканей, нарушают обмен  веществ.

Мышьяк губительно действует  на гидробионты; его концентрация в  воде водоемов 1...3мг/л и более  вызывает гибель окуня, судака, плотвы. Дафнии погибают при концентрации 0,2 мг/л.

ПДК для мышьяка в воде составляет 0,003 мг/л.

Источниками стронция в природных водах являются горные породы, а наибольшее его количество содержится в гипсоносных отложениях. Концентрация стронция в пресных водах обычно состав 1-5 мг/л. Избыточное количество этого элемента в почвах, вода и в продуктах питания вызывает «уровскую болезнь» у человека и животных ( по названию р. Уров в Восточном Забайкалье). Данное заболевание проявляется в серьезном поражении суставов, их деформации, задержка роста и др. Стронций не обладает резко выраженными кумулятивными свойствами, но имеет довольно широкий спектр действия при длительном поступлении в организм.

Действие растворимых  солей стронция на гидробионтов заключается  в следующем. Нитрат стронция в концентрации 1,5...7,0г/л и хлорид стронция в концентрации 1,6 г/л вызывают гибель рыбы.

Комплексное гигиеническое  исследование показало, что длительное употребление питьевой воды, содержащей стронций на уровне 7 мг/л, вызывает никаких  изменений в организме человека. Эта величина и была принята в  качестве ПДК.

Широко распространен  в природе бериллий. Он содержится в минеральных, горных породах, живых организмах, а также в некоторых природных водах. Оказывает сильное токсическое действие на гидробионты: концентрация солей бериллия в воде 0,2 мг/л и более вызывает гибель рыбы; дафнии погибают при концентрации хлор бериллия 0,05 мг/л.

Бериллий является ядом общетоксического действия с высокой степенью кумуляции, приводящим к поражению дыхательной, нервной и сердечнососудистой систем. Он оказывает угнетающее действие на некоторые ферменты организма и состояние красной крови. Характерной особенностью бериллия является длительный латентный период проявление интоксикации и отсутствие прямой корреляции между дозой действующего вещества, продолжительностью контакта и реакцией организма. Изучение хронического влияния малых концентраций бериллия определило его пороговую концентрацию, вызывающую функциональное нарушение в костном мозгу и изменения состояния красной крови. Она оказалась равной 0,002 мг/л, а в качестве ПДК принята величина- 0,0002 мг/л.

Соединения молибдена  попадают в поверхностные воды в  результате выщелачивания из минералов, содержащих молибден. Молибден попадает в водоемы со сточными водами обогатительных фабрик, предприятий цветной металлургии. Миграция молибдена в водах часто происходит в основном в виде иона молибденовой кислоты.

В малых количествах молибден необходим для нормального развития растительных и животных организмов. Молибден входит в состав фермента ксантиноксидазы. При дефиците молибдена  фермент образуется в не  достаточном количестве, что вызывает отрицательные реакции организма. Молибден выделяется из организма довольно быстро, и его кумулятивные свойства выражены слабо.

Средне летальная концентрация JIK50 оксида молибдена для рыб в мягкой воде составляет 70 мг/л, в жесткой - 370 мг/л.

При избытке молибдена  у животных и человека нарушается обмен веществ и усиливается образование мочевой кислоты, что у людей ведет к заболеванию «молибденовой подагрой». При хроническом отравлении молибденом нарушается состав сыворотки крови и уменьшается количество  витамина С в печени. ПДК для молибдена - 0,25 мг/л.

В природные воды кадмий 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, рудо обогатительных фабрик, производства серной кислоты, гальванического производства, а также с шахтными водами.

Соединения кадмия обладают ограниченной растворимостью, но с  повышением кислотности среды она  существенно увеличивается, чем  и объясняется  его миграция в  загрязненных средах. Среднее содержание кадмия в морской воде равно примерно 0,1 мкг/л, а в речной - менее 0,02 мкг/л. Для поверхностных вод наиболее типичны комплексные соединения кадмия с фульвокислотами, ксантаты и дитиокарбаматы кадмия, которые довольно легко проникают через биологические мембраны.