Источники и масштабы tеxнoгенного загрязнения биосферы

В водных экосистемах фактором, определяющим уровень содержания кадмия в гидробионтах, является способность  многих организмов сорбировать его  из воды (коэффициент биоконцентрирования  варьируется от 16 до 50800). Для дафний токсические эффекты проявляются  уже при концентрациях выше 0,5 мкг/л. Концентрация кадмия в воде 8 мкг/л вызывает гибель некоторых  видов рыб.

Кадмий может замещать цинк в цинксодержащих ферментах (гидроксилазах). После этого фермент становится неактивным, а организмы, в которые  попал кадмий, могут служить пищей  для других организмов, таким образом, кадмий внедряется в общую цепь питания. Подобные вещества представляют особую опасность для организма вследствие их устойчивости и липофильности (взаимодействию с жирами обусловливающими большой  период полувыведения, т.е. время, в течении которого выделяется половина усвоенного организмом вещества. Период полувыведения кадмия составляет более 15 лет (для сравнения: период полувыведения ртути - 70.. .80 дней). ПДК кадмия в воде - 0,01 мг/л.

В речные воды фтор поступает из пород и почв при разрушении фторсодержащих минералов (апатит, турмалин). Источником фтора также служат атмосферные осадки. Повышенное содержание фтора может быть некоторых сточных водах предприятий стекольной и химической промышленности, в шахтных водах.

В чистых природных водах  содержание фторидов состав 0,01...3,0 мг/л  концентрации более 1,5 мг/л токсичная  для рыб и икры. Смертельная  концентрация фторидов для рыб - более 6 мг/л.

Повышенные количества фтора  в воде (более 1,5 мг/л) оказывает вредное  действие (особенно на детей), вызывая  костное заболевание  флюороз. Зубы темнеют, крошатся и ломаются. Тяжелый  флюороз приводит к разрушению зубной эмали, замедлению роста,  остеосклероза  повреждению щитовидной железы и  почек. Очень низкое содержание фтора  в питьевой воде (менее 0,3 мг/л) также  вредно сказывается  здоровье, вызывая  поражение зубов кариесом. Наименьшее распространенность кариеса наблюдается  при содержании фтора в питьевой воде 1 ... 1,5 мг/л. Фтор стал первым веществом, для которого был установлен физиологический  оптимум содержания в питьевой воде 0,7...1,5мг/л.

Содержание аммония в природных водах варьирует в интервале от 10 до 200 мкг/л в пересчете на азот. Присутствие в незагрязненных  поверхностных водах ионов аммония связано главным образом с процессами биохимической деградации  белковых веществ дезаминирования аминокислот и разложения мочевины.

Основными источниками поступления  аммония в водные объекты являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые  сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий при использовании  аммонных удобрений, а также сточные  воды предприятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промышленности. В стоках промышленных предприятий  содержится до 1, в бытовых стоках – 2…7 мг/л аммония с хозяйственно-бытовыми сточными водами в канализационные  ионные системы ежесуточно поступает  до 10 г аммонийного азота на одного жителя.

Концентрация аммония  в питьевой воде не должна превышать 2 мг/л по азоту, в рыбохозяйственных  водоемах - 0,05 мг/л по азоту. Присутствие  аммония в концентрациях порядка 1 мг/л снижает способность гемоглобина  рыб связывать кислород. Признаки интоксикации возбуждение, судороги, рыба мечется по воде и выпрыгивает  на поверхность. Механизм токсического действия - возбуждение центральной  нервной системы, поражение жаберного  эпителия, разрыв эритроцитов.

Повышенная концентрация аммония может быть использована в качестве индикаторного показателя, отражающего ухудшение санитарного  состояния модного объекта, процесса загрязнения воды, в первую очередь, бытовыми и сельскохозяйственными стоками.

Присутствие нитратов в природных  водах связано с:

• промышленными и бытовыми сточными водами, особенно после биохимочистки, когда концентрация достигает 50 мг/л;
• нутриводоемными процессами нитрификации аммонийных ионов в присутствии кислорода под действием нитрифицирующих бактерий;
• атмосферными осадками, концентрация нитратов в которых достигает 0,9... 1 мг/л;
• стоком с сельскохозяйственных угодий и сбросными водами с орошаемых полей, на которых применяются азотные удобрения.

Главными процессами, направленными  на понижение концентрации нитратов, являются потребление их фитопланктоном и денитрифицирующими бактериями, которые  при недостатке кислорода используют  кислород нитратов на окисление органических веществ.

Подземные водоносные горизонты  в большей степени подвержены нитратному  загрязнению, чем поверхностные  водоемы, что обусловлено отсутствием  потребителя нитратов.

При длительном употреблении питьевой воды и пищевых продуктов, содержащих значительные количества нитратов (25...100 мг/л по азоту), у людей резко  возрастает концентрация метгемоглобина в крови. Крайне тяжело протекает  метглобинемия у грудных детей (прежде всего искусственно скармливаемых  молочными смесями, приготовленными  на воде с повышенным - порядка 200 мг/л - содержанием нитратов) и у людей  страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Дети старшего возраста менее подвержены этому заболеванию, так как у  них сильнее выражены компенсаторные механизмы. Проявление болезни у  них менее тяжелое.

Употребление воды содержащей 2...11мг/л нитратов, не вызывает повышение  в крови уровня метгемоглобина, тогда  как использование воды с концентрацией 50 … 100мг/л резко его увеличивает, причем растет число лиц с повышенным содержанием метгемоглобина. При  концентрации нитратов 105 мг/л в организме  снижается иммунитет нарушается условно рефлекторная деятельность. Концентрация нитратов на уровне 45 мг/л  является безопасной и принята в  качестве ПДК. В последнее время  появились новые данные, свидетельствующий  о возможности проявления канцерогенного действия нитратов. Канцерогенный эффект может возникать в результате реакции нитратов с некоторыми лекарственными аминами и производными мочевины, так как образующиеся при этом N - нитрозоамины являются сильнейшими канцерогенами и мутагенами.

При воздействии на человека различают: первичную токсичность  собственно нитрат-иона; вторичную - связанную  с образованием нитрат -  иона; третичную - обусловленную образованием из нитритов и аминонитрозоаминов. Смертельная  доза по нитратам для человека составляет 8...15 г; допустимое суточное потребление (по данным ВОЗ) – 5мг/кг массы тела.

Нитраты представляющие собой промежуточную ступень в цепи в бактериальных процессов окисления аммония до нитратов (нитрификация - в аэробных условиях) и, напротив, восстановления нитратов до азота и аммиака (денитрификация - при недостатке кислорода). Подобные окислительное-восстановительные процессы характерны для станций аэрации - систем водоснабжения и собственно природных вод. Кроме того, нитриты используются в качестве ингибиторов коррозии в процессах водоподготовки технологической воды и поэтому могут попасть в системы хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Повышенное содержание нитритов указывает на усиление процессов  разложения органических веществ в  условиях более медленного окисления  нитритов в нитраты, что указывает  на загрязнение водного объекта, т.е. является важным санитарным показателем. Наибольшая концентрация нитритов наблюдается  в конце лета, их присутствие связано  с активностью фитопланктона (диатомовые и зеленые водоросли способны восстанавливать нитраты до нитритов). Осенью содержание нитритов уменьшается. ПДК по нитрит-иону составляет 3 мг/л.

В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга  состояния окружающей среды нитрит- и нитрат-ионы входя в программы  обязательных наблюдений за составом питьевой воды и являются важными  показателями степени загрязнения  и трофического статуса водоемов.

Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространённых и опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Большие количества нефтепродуктов поступают при перевозке нефти водным путем, со сточными водами предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслей промышленности, с хозяйственно-бытовыми водами.

Нефтепродукты находятся  в различных миграционных формах: растворенной, эмульгированной, сорбированной  на твердых частицах взвесей и  донных отложений, в виде пленки на поверхности воды. Количественное соотношение  этих форм определяется комплексом факторов, важнейшими из которых являются условия  поступления нефтепродуктов в объект, расстояние от места сброса, скорость течения и перемешивания водных масс, характер и степень загрязненности природных вод, а также состав нефтепродуктов, их вязкость, растворимость, плотность, температура кипения. При  санитарно- химическом контроле определяют, как правило, сумму эмульгированных, растворенных и сорбированных форм нефти.

Нефтяная пленка, образующаяся на поверхности загрязненных водоемах, нарушает процесс естественной аэрации воды, что влечет за собой кислородное голодание гидробионтов. При концентрации нефти и нефтепродуктов в воде водоемов более 0,1мг/л погибает планктон, а мясо рыбы приобретает нефтяной («керосиновый») привкус, что делает ее непригодной для употребления. Концентрация нефти и нефтепродуктов более 50 мг/л вызывает гибель рыбы и тормозит биологическую очистку сточных вод на очистных сооружениях.

В незагрязненных нефтепродуктами  водных объектах концентрация естественных углеводородов может составлять в морских водах 0,01…0,1 мг/л и  выше, в речных и озерных водах 0,01...0,2 мг/л, достигая 1…1,5 мг/л.

Входящие в состав нефтепродуктов ароматические углеводороды (бензол и его гомологи) оказывают наркотическое  воздействие на организм, поражая  сердечно-сосудистую и нервную системы. Наибольшую опасность представляют ПАУ (в том числе 3,4-бензпирен), обладающие канцерогенными свойствами. Нефтепродукты  обволакивают оперение птиц, поверхность  тела и органы других гидробионтов, вызывая заболевание и гибель.

В присутствии нефтепродуктов вода меняет цвет, pH, приобретает специфически вкус и неприятный «керосиновый» запах, ухудшается газообмен с атмосферой.

ПДК  нефтепродуктов в  воде составляет 0,1 мг/л, в рыбохозяйственных  водоемах - 0,05 мг/л. Присутствие канцерогенных  углеводородов в воде недопустимо.

Фенол и его производные входят в группу широко распространённых сильно ядовитых веществ. Фенолы поступают в природные водоемы с промышленными стоками лесохимического нефтеперерабатывающего, коксохимического и газогенератор производств, заводов полукоксования, аналинокрасочной промышленности. В сточных водах этих предприятий содержание фенола может достигать 10-20 мг/л и более. Фенолы содержатся в осадке городских сточных вод и могут выщелачиваться оттуда атмосферными осадками, попадая с жидким стоком в почвы и водоемы.

Фенолы в естественных условиях образуются в процессах  метаболизма водных организмов, при  биохимическом распаде и трансформации  органических веществ, протекающих  как в водной толще так и  в донных отложениях.

Превышение естественного  фона по фенолу (обычно не более 20 мкг/л) может служить указанием на загрязнение  водоемов. В загрязненных фенолами природных водах содержание их может  достигать нескольких десятков и  даже сотен микрограммов в 1л. Фенолы - соединения нестойкие и подвергаются биохимическому и химическому окислению. Быстрее всех разрушается собственно фенол, медленнее — крезолы и  медленнее ксиленолы.

Сброс фенольных вод в  водоемы резко ухудшает их общее  санитарное состояние, оказывая влияние  на живые организмы не только своей  токсичностью, но и значительным изменением режима биогенных элементов и  растворенных газов. Малые количества фенола приводят к изменению вкуса  рыб и других обитателей водной среды;  повыше содержание — к их гибели. У человека фенол вызывает нарушение  функций нервной системы, почек, дыхания и кровообращения, раздражения  слизистые оболочки дыхательных  путей и глаз. Смертельной одноразовой  дозой для человека является 10... 15 г фенола. При очистке воды на стадии ее хлорирования может происходить  образование хлорфенолов,  малейшее следы которых (0,1 мкг/л) придают воде характерный запах и привкус. Поэтому ПДК фенола для водоемов любого назначения является весьма строгой - 0,001 мг/л.

В процессе хлорирования воды образуются также хлорированные  углеводороды, в частности хлороформ, четыреххлористый углерод дибромхлорметан  и др. Многие из них весьма устойчивы, легко поглощаются организмами  и усиленно накапливаются в отдельных  органах и тканях. Некоторые из них проявляют канцерогенные  свойства. Согласно новому СанПиНу  их сумма не должна превышать 0,1 мг/л.

Формальдегид поступает в водную среду со сточными водами производств основного органического синтеза, пластмасс, лаков, красок, лекарственных препаратов, предприятий кожевенной, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности. В дождевой воде городских районов также зарегистрировано присутствие формальдегида.

Формальдегид - сильный восстановитель. Он конденсируется аминами, с аммиаком образует уротропин. В водной среде  под действием бактерий формальдегид подвергается биодеградации. В аэробных условиях при 20°С разложение происходит за 30, в анаэробных - примерно за 48 часов.

Подпороговая концентрация, не влияющая на санитарный режим водоемов составляет 5 мг/л; максимальная концентрация, не влияющая на работу биологических очистных сооружений, - 1000 мг/л.

При содержании 10 мг/л формальдегид оказывает токсическое действие на наиболее чувствительные виды рыб. При концентрации 0,24 мг/л ткани рыб приобретают неприятный запах.

Формальдегид оказывает  общетоксическое действие, вызывает поражение центральной нервной  системы, легких, печени, почек, органов  зрения. Формальдегид обладает раздражающим, аллергенным, мутагенным и канцерогенным действием. ПДК формальдегида - 0,05 мг/л.

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) - это различные по своей структуре соединения, относящиеся к разным классам. В водные объекты СПАВ поступают в значительных количествах с хозяйственно-бытовыми (использование синтетических средств в быту) и промышленными (текстильная, нефтяная, химическая промышленность, производство синтетических каучуков) сточными водами.