Загрязнение тяжелыми металлами: содержание и предельно-допустимые концентрации в воде

Страшно опасные: тяжелые металлы в воде

То, что грязную и мутную воду пить не стоит, знают даже дети. Однако земля, пыль и даже бактерии в жидкости — это далеко не все опасные элементы, которые в ней встречаются.

В воде могут быть и куда более страшные враги человеческого здоровья — тяжелые металлы.

Что это такое?

Под термином «тяжелые металлы» принято понимать элементы, чья относительная атомная масса превышает 50 единиц, или чья плотность составляет более 8 г/см3. К ним относят около 40 единиц.

С учетом токсичности, стойкости, способности накапливаться во внешней среде и масштабов распространения, особого контроля требует только ¼. Сам термин получил широкое распространение больше не как химический, а как медицинский или природоохранный.

Все химические элементы в малых количествах нужны человеческому организму для нормального роста и функционирования. Но избыток некоторых металлов приводит к развитию патологий, болезням, нервным расстройствам.

Источником опасных веществ сегодня часто становится вода, не прошедшая надлежащую очистку, либо вода из родников, расположенных в местах загрязнения. Даже жидкость из водопровода в жилых домах иногда опасна для питья.

Что такое тяжелые металлы, расскажет видео:

Какие элементы относят к этой группе:

1. Свинец. Самый распространенный металл из группы «тяжелых». Содержится в окружающей среде повсеместно: в почве, горных породах, грунтовых водах, атмосфере и живых организмах.
2. Ртуть. Жидкий металл. Естественным образом попадает в глубокие грунтовые воды. Часто накапливается в рыбе и морских ракообразных.
3. Кадмий. В природе встречается редко и только в минералах цинка.

Некоторые химики относят сюда еще алюминий, бериллий, кремний и мышьяк. Железо относят в группу условно, поскольку оно в больших количествах ухудшает цвет и вкус воды, что уже выступает явной преградой для ее употребления.

Все вещества в воду попадают не в чистом виде, а в виде ионов и солей, которые порой еще более токсичны.

Абсолютно чистой воды в природе не существует. В ней в любом случае будут какие-то минимальные остатки минералов, металлов и микроэлементов.

Разработаны предельно допустимые концентрации тяжелых металлов в воде бытового и хозяйственного назначения, при которых она считается пригодной для питья и использования.

Каков вред и опасность для человека?

В воде ионы тяжелых металлов обладают большей биологической активностью, а значит им легче внедриться в организм и влиять на него:

1. I класс опасности:
   • ртуть наиболее опасна и токсична, вызывает головные боли, нервные расстройства, тахикардию, бессонницу, хроническую усталость, подавляет нормальное функционирование нервной системы.
2. II класс опасности:
   • свинец — он не исчезает даже при кипячении, отравляет все органы и системы, накапливается в костях и печени;
   • кадмий — 2 класс опасности присущ не чистому металлу, а любым его соединениям, вызывает анемию, проблемы с сердцем, отек легких, развитие гипертонии;
   • кремний — избыток кремния взывает проблемы с суставами, органами дыхания, увеличивается риск образования камней в почках и желчном пузыре.
3. III класс опасности:
   • железо — нужно для поддержания гемоглобина и нормального кислородного обмена, но его переизбыток приводит к рвоте, тошноте, болям в кишечнике и желудке, повреждениям мозга и печени;
   • медь — в малых дозах обезвреживает отравляющие вещества, но в большом сама становится ядом, накапливается в мозге, провоцирует тремор, нарушения речи, психозы, болезнь Альцгеймера;
   • цинк — пагубно влияет на пищеварительную систему, провоцирует рвоту, диарею, боли в желудке, анорексию.

Ионы тяжелых металлов в совокупном воздействии провоцируют рак, подавляют выработку гормонов и даже повреждают структуру ДНК.

Источники

Их делят на естественные и искусственные (вызванные деятельностью человека). К естественным причисляют грунтовые воды, вымывание полиметаллической руды, извержения вулканов, кислотные дожди.

К искусственным или антропогенным относят:

Постепенное увеличение примесей тяжелых металлов в воде происходит при ее испарении. Аналогично при кипячении не все элементы удаляются, поэтому кипячение, как метод очистки воды, в данном случае не актуален.

Методы проверки и выявления содержания примесей

Современные лабораторные исследования водяных проб позволяют выяснить наличие тяжелых металлов в жидкости тремя способами:

1. Фотометрический анализ. Основан на избирательном поглощении электромагнитного излучения.
2. Атомно-эмиссионная спектрометрия. Это исследование спектров испускания свободных атомов и ионов вещества.
3. Флуориметрический или люминесцентный анализ. Предполагает исследование интенсивности излучения, возникающего при выделении избыточной энергии молекулами тестируемого вещества.

Определение тяжелых металлов в воде в домашних условиях, видео-инструкция:

Технологии и способы очистки сточных вод

На водоочистных сооружениях используют несколько способов. На их выбор влияет степень загрязнения и концентрация тех или иных элементов в жидкости:

1. Ионный обмен. Это обмен между ионами в растворе и ионами на поверхности твердой фазы — ионита (смолы). Плюс — очистка от Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd и цианидов. Недостаток способа — вторичное загрязнение воды после восстановления.
2. Нанофильтрация. Прогонка воды через и вдоль микрофильтров из полиамида, керамики, целлюлозы. Подходит для заключительного этапа очистки либо для умеренных загрязнений.
3. Реагентный. Предполагает химическое превращение высокотоксичных растворов в нетоксичные соединения путем добавления в воду различных концентратов. Концентраты формируются исходя из первичных проб воды. Недостатки метода: часто требуется доочистка, дороговизна реагентов.

Заключение

Тяжелые металлы в воде опасны для человека. Эта проблема — результат многолетнего прогресса. Решить ее можно только путем улучшения экологической обстановки, поскольку даже современные методы очистки воды не позволяют досконально удалить все вредные примеси.

Загрязнение тяжелыми металлами: содержание и предельно-допустимые концентрации в воде

Тяжелые металлы — очень опасные токсические вещества. В наши дни, мониторинг уровня разных таких веществ особо важен в промышленных и городских районах.

Хотя все знают, что такое тяжелые металлы, не все знают какие химические элементы всё-таки входят в эту категорию. Есть очень много критерий, по которому, разные учёные определяют тяжелые металлы: токсичность, плотность, атомная масса, биохимические и геохимические циклы, распространение в природе. По одним критериям в число тяжелых металлов входят мышьяк (металлоид) и висмут (хрупкий металл).

Общие факты про тяжелые металлы

Известно более 40 элементов, которые относят к тяжелым металлам. Они имеют атомную массу больше 50 а.е. Как не странно именно эти элементы обладают большой токсичностью даже при малой кумуляции для живых организмов. V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo…Pb, Hg, U, Th…все они входят в эту категорию. Даже при их токсичности, многие из них являются важными микроэлементами, кроме кадмия, ртути, свинца и висмута для которых не нашли биологическую роль.

По другой классификации (а именно Н. Реймерса) тяжелые металлы — это элементы которые имеют плотность больше 8 г/см 3 . Таким образом получится меньше таких элементов: Pb, Zn, Bi, Sn, Cd, Cu, Ni, Co, Sb.

Теоретически, тяжелыми металлами можно назвать всю таблицу элементов Менделеева начиная с ванадия, но исследователи нам доказывают, что это не совсем так. Такая теория вызвана тем, что не все они присутствуют в природе в токсических пределах, да и замешательство в биологических процессах для многих минимальна. Вот почему в эту категорию многие включают только свинец, ртуть, кадмий и мышьяк. Европейская Экономическая Комиссия ООН не согласна с этим мнением и считает что тяжелые металлы это — цинк, мышьяк, селен и сурьма. Тот же Н. Реймерс считает, что удалив редкие и благородные элементы из таблицы Менделеева, остаются тяжелые металлы. Но и это тоже не правило, другие к этому классу добавляют и золото, платину, серебро, вольфрам, железо, марганец. Вот почему я вам говорю, что не всё ещё понятно по этой теме…

Обсуждая про баланс ионов различных веществ в растворе, мы обнаружим, что растворимость таких частиц связанно со многими факторами. Главные факторы солюбилизации являются рН, наличие лигандов в растворе и окислительно-восстановительный потенциал. Они причастны к процессам окисления этих элементов с одной степени окисления к другой, в которой растворимость иона в растворе выше.

В зависимости от природы ионов, в растворе могут происходить различные процессы:

• гидролиз,
• комплексообразование с разными лигандами;
• гидролитическая полимеризация.

Из-за этих процессов, ионы могут переходить в осадок или оставаться стабильными в растворе. От этого зависит и каталитические свойства определённого элемента, и его доступность для живых организмов.

Многие тяжелые металлы образуют с органическими веществами довольно стабильные комплексы. Эти комплексы входят в механизм миграции этих элементов в прудах. Почти все хелатные комплексы тяжелых металлов устойчивы в растворе. Также, комплексы почвенных кислот с солями разных металлов (молибден, медь, уран, алюминий, железо, титан, ванадий) имеют хорошую растворимость в нейтральной, слабощелочной и слабокислой среды. Это факт очень важен, потому что такие комплексы могут продвигаться в растворенном состоянии на большие расстояния. Самые подверженные водные ресурсы — это маломинерализованные и поверхностные водоёмы, где не происходит образование других таких комплексов. Для понимания факторов, которые регулируют уровень химического элемента в реках и озерах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла.

В результате миграции тяжелых металлов в металлокомплексы в растворе могут произойти такие последствия:

1. В первых, увеличивается кумуляция ионов химического элемента за счёт перехода этих из донных отложений в природные растворы;
2. Во вторых, возникает возможность изменения мембранной проницаемости полученных комплексов в отличие от обычных ионов;
3. Также, токсичность элемента в комплексной форме может отличаться от обычной ионной формы.

Например, кадмий, ртуть и медь в хелатные формы, имеют меньшую токсичность, чем свободные ионы. Вот почему не правильно говорить о токсичности, биологической доступности, химической реакционной способности только по общему содержанию определённого элемента, при этом, не учитывая долю свободных и связанных форм химического элемента.

Откуда же берутся тяжелые металлы в нашу среду обитания? Причины присутствия таких элементов могут быть сточные воды с разных промышленных объектов занимающийся черной и цветной металлургией, машиностроением, гальванизацией. Некоторые химические элементы входят в состав пестицидов и удобрений и таким образом могут быть источником загрязнения местных прудов.

А если войти в тайны химии, то самым главным виновником повышения уровня растворимых солей тяжелых металлов является кислотные дожди (закисление). Понижение кислотности среды (уменьшение рН) тянет за собою переход тяжелых металлов из малорастворимых соединений (гидроксиды, карбонаты, сульфаты) в более хорошо растворимые (нитраты, гидросульфаты, нитриты, гидрокарбонаты, хлориды) в почвенном растворе.

Ванадий (V)

Надо отметить в первую очередь, что загрязнение этим элементом натуральными способами маловероятна, потому что этот элемент очень рассеян в Земной коре. В природе обнаруживается в асфальтах, битумах, углях, железных рудах. Важным источником загрязнения является нефть.

Содержание ванадия в природных водоёмах

Природные водоёмы содержит ничтожное количество ванадия:

• в реках — 0,2 — 4,5 мкг/л,
• в морях (в среднем) — 2 мкг/л.

В процессах перехода ванадия в растворённом состоянии очень важны анионные комплексы (V₁₀O₂₆) 6- и (V₄O₁₂) 4- . Также очень важны растворимые ванадиевые комплексы с органическими веществами, типа гумусовых кислот.

Предельно-допустимая концентрация ванадия для водной среды

Ванадий в повышенных дозах очень вреден для человека. Предельно-допустимая концентрация для водной среды (ПДК) составляет 0,1 мг/л, а в рыбохозяйственных прудах, ПДК_рыбхоз ещё ниже — 0,001 мг/л.

Висмут (Bi)

Главным образом, висмут может поступать в реки и озера в результате процессов выщелачивания минералов содержащих висмут. Есть и техногенные источники загрязнения этим элементом. Это могут быть предприятия по производству стекла, парфюмерной продукций и фармацевтические фабрики.

Содержание висмута в природных водоёмах

• Реки и озера содержат меньше микрограмма висмута на литр.
• А вот подземные воды могут содержать даже 20 мкг/л.
• В морях висмут как правило не превышает 0,02 мкг/л.

Предельно-допустимая концентрация висмута для водной среды

ПДК висмута для водной среды — 0,1 мг/л.

Железо (Fe)

Железо — химический элемент не редкий, оно содержится во многих минералах и пород и таким образом в природных водоёмах уровень этого элемента повыше других металлов. Оно может происходить в результате процессов выветривания горных пород, разрушения этих пород и растворением. Образуя разные комплексы с органическими веществами из раствора, железо может быть в коллоидальном, растворённом и в взвешенном состояниях. Нельзя не упомнить про антропогенные источники загрязнения железом. Сточные воды с металлургических, металлообрабатывающих, лакокрасочных и текстильных заводов зашкаливают иногда из-за избытка железа.

Количество железа в реках и озерах зависит от химического состава раствора, рН и частично от температуры. Взвешенные формы соединений железа имеют размер более 0,45 мкг. Основные вещества которые входят в состав этих частиц являются взвеси с сорбированными соединениями железа, гидрата оксида железа и других железосодержащих минералов. Более малые частицы, то есть коллоидальные формы железа, рассматриваются совместно с растворенными соединениями железа. Железо в растворённом состоянии состоит из ионов, гидроксокомплексов и комплексов. В зависимости от валентности замечено что Fe(II) мигрирует в ионной форме, а Fe(III) в отсутствии разных комплексов остаётся в растворённом состоянии.

В балансе соединений железа в водном растворе, очень важно и роль процессов окисления, так химического так и биохимического (железобактерии). Эти бактерии ответственны за переход ионов железа Fe(II) в состояние Fe(III). Соединения трехвалентного железа имеют склонность гидролизовать и выпадать в осадок Fe(OH)₃. Как Fe(II), так и Fe(III) склоны к образованию гидроксокомплексов типа [Fe(OH)₄] — , [Fe(OH)₂] + , [Fe₂(OH)₃] 3+ , [Fe₂(OH)₂] 4+ , [Fe(OH)₃] + , в зависимости от кислотности раствора. В нормальных условиях в реках и озерах, Fe(III) находятся в связи с разными растворёнными неорганическими и органическими веществами. При рН больше 8, Fe(III) переходит в Fe(OH)₃. Коллоидные формы соединений железа самые малоизучены.

Содержание железа в природных водоёмах

В реках и озерах уровень железа колеблется на уровне n*0,1 мг/л, но может повыситься вблизи болот до несколько мг/л. В болотах железо концентрируется в форме солей гуматов (соли гуминовых кислот).

Подземные водохранилища с низким рН содержат рекордные количества железа — до нескольких сотен миллиграммов на литр.

Железо — важный микроэлемент и от него зависят разные важные биологические процессы. Оно влияет на интенсивность развития фитопланктона и от него зависит качество микрофлоры в водоёмах.

Уровень железа в реках и озерах имеет сезонный характер. Самые высокие концентрации в водоёмах наблюдаются зимою и летом из-за стагнации вод, а вот весною и осенью заметно снижается уровень этого элемента по причине перемешивания водных масс.

Таким образом, большое количество кислорода ведёт к окислению железа с двухвалентной формы в трехвалентной, формируясь гидроксид железа, который падает в осадок.

Предельно-допустимая концентрация железа для водной среды

Вода с большим количеством железа (больше 1-2 мг/л) характеризуется плохими вкусовыми качествами. Она имеет неприятный вяжущий вкус и непригодна для промышленных целей.

ПДК железа для водной среды — 0,3 мг/л, для рыбохозяйственных прудов ПДК_рыбхоз — 0,1 мг/л, а для морских водоёмов — 0,05 мг/л.

Кадмий (Cd)

Загрязнение кадмием может возникнуть во время выщелачивания почв, при разложения разных микроорганизмов которые его накапливают, а также из-за миграции из медных и полиметаллических руд.

Человек тоже виноват в загрязнении этим металлом. Сточные воды с разных предприятий занимающеюся рудообогащением, гальваническим, химическим, металлургическим производством могут содержать большие количества соединений кадмия.

Естественные процессы по снижению уровня соединений кадмия являются сорбция, его потребление микроорганизмами и выпадение в осадок малорастворимого карбоната кадмия.

В растворе, кадмий находится, как правило, в форме органо-минеральных и минеральных комплексов. Сорбированные вещества на базе кадмия — важнейшие взвешенные формы этого элемента. Очень важна миграция кадмия в живых организмов (гидробиониты).

Содержание кадмия в природных водоёмах

Уровень кадмия в чистых реках и озерах колеблется на уровне меньше микрограмма на литр, в загрязнённых водах уровень этого элемента доходит до нескольких микрограммов на литр.

Некоторые исследователи считают, что кадмий, в малых количествах, может быть важным для нормального развития животных и человека. Повышенные концентрации кадмия очень опасных для живых организмов.

Предельно-допустимая концентрация кадмия для водной среды

ПДК для водной среды не превышает 1 мкг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК_рыбхоз — меньше 5 мкг/л.

Кобальт (Co)

Реки и озера могут загрязниться кобальтом как следствие выщелачивания медных и других руд, из почв во время разложения вымерших организмов (животные и растения), ну и конечно же в результате активности химических, металлургических и металлообрабатывающих предприятии.

Главные формы соединений кобальта находится в растворенном и взвешенном состояниях. Вариации между этими двумя состояниями могут происходить, из-за изменений рН, температуры и состава раствора. В растворённом состоянии, кобальт содержится в виде органических комплексов. Реки и озера имеют характерность, что кобальт представлен двухвалентным катионом. При наличии большого количества окислителей в растворе, кобальт может окисляться до трехвалентного катиона.

Он входит в состав растений и животным, потому что играет важную роль в их развитии. Входит в число основных микроэлементов. Если в почве наблюдается дефицит кобальта, то его уровень в растениях будет меньше обычного и как следствие могут появиться проблемы со здоровьем у животных (возникает риск возникновения малокровия). Этот факт наблюдается особенно в таежно-лесной нечерноземной зоне. Он входит в состав витамина В₁₂, регулирует усвоение азотистых веществ, повышает уровень хлорофилла и аскорбиновой кислоты. Без него растения не могут наращивать необходимое количество белка. Как и все тяжелые металлы, он может быть токсичным в больших количествах.

Содержание кобальта в природных водоёмах

• Уровень кобальта в реках варьирует от несколько микрограммов до миллиграммов на литр.
• В морях в среднем уровень кадмия — 0,5 мкг/л.

Предельно-допустимая концентрация кобальта для водной среды

ПДК кобальта для водной среды — 0,1 мг/л, для рыбохозяйственных прудов ПДК_рыбхоз — 0,01 мг/л, а для морских водоемов — 0,005 мг/л.

Марганец (Mn)

Марганец поступает в реки и озера по таким же механизмам, как и железо. Главным образом, освобождение этого элемента в растворе происходит при выщелачивании минералов и руд, которые содержат марганец (черная охра, браунит, пиролюзит, псиломелан). Также марганец может поступать вследствие разложения разных организмов. Промышленность имеет, думаю, самую большую роль в загрязнении марганцем (сточные воды с шахт, химическая промышленность, металлургия).

Снижение количества усваиваемого металла в растворе происходит, как и в случае с другими металлами при аэробных условиях. Mn(II) окисляется до Mn(IV), вследствие чего выпадает в осадок в форме MnO₂. Важными факторами при таких процессах считаются температура, количество растворённого кислорода в растворе и рН. Снижение растворённого марганца в растворе может возникнуть при его употреблении водорослями.

Мигрирует марганец в основном в форме взвеси, которые, как правило, говорят о составе окружающих пород. В них он содержится как смесь с другими металлами в виде гидроксидов. Преобладание марганца в коллоидальной и растворенной форме говорят о том что он связан с органическими соединениями образуя комплексы. Стабильные комплексы замечаются с сульфатами и бикарбонатами. С хлором, марганец образует комплексы реже. В отличие от других металлов, он слабее удерживается в комплексах. Трехвалентный марганец образует подобные соединения только при присутствии агрессивных лигандов. Другие ионные формы (Mn 4+ , Mn 7+ )менее редки или вовсе не встречаются в обычных условиях в реках и озерах.

Содержание марганца в природных водоёмах

Самыми бедными в марганце считаются моря — 2 мкг/л, в реках содержание его больше — до 160 мкг/л, а вот подземные водохранилища и в этот раз являются рекордсменами — от 100 мкг до несколько мг/л.

Для марганца характерны сезонные колебания концентрации, как и у железа.

Выявлено множество факторов, которые влияют на уровень свободного марганца в растворе: связь рек и озер с подземными водохранилищами, наличие фотосинтезирующих организмов, аэробные условия, разложение биомассы (мертвые организмы и растения).

Немаловажная биохимическая роль этого элемента ведь он входит в группу микроэлементов. Многие процессы при дефиците марганца угнетаются. Он повышает интенсивность фотосинтеза, участвует в метаболизме азота, защищает клетки от негативного воздействия Fe(II) при этом окисляя его в трехвалентную форму.

Предельно-допустимая концентрация марганца для водной среды

ПДК марганца для водоёмов — 0,1 мг/л. ПДК марганца двухвалентного (Mn 2+ ) для рыбохозяйственных прудов ПДК_рыбхоз — 0,01 мг/л, а для морских водоемов — 0,05 мг/л.

Медь (Cu)

Такой важной роли для живых организмов не имеет ни один микроэлемент! Медь — один из самых востребованных микроэлементов. Он входит в состав многих ферментов. Без него почти ничего не работает в живом организме: нарушается синтез протеинов, витаминов и жиров. Без него растения не могут размножаться. Всё-таки избыточное количество меди вызывает большие интоксикации во всех типов живых организмов.

Уровень меди в природных водоёмах

Содержание меди в реках, как правило, 2 — 30 мкг/л, в морях — 0,5 — 3,5 мкг/л. Высокий уровень меди в реках и озерах говорит о загрязнении.

Хотя медь имеет две ионные формы, чаще всего в растворе встречается Cu(II). Обычно, соединения Cu(I) трудно растворимые в растворе (Cu₂S, CuCl, Cu₂O). Могут возникнуть разные акваионны меди при наличии всяких лигандов.

При сегодняшнем высоком употреблении меди в промышленности и сельское хозяйство, этот металл может послужить причиной загрязнения окружающей среды. Химические, металлургические заводы, шахты могут быть источниками сточных вод с большим содержанием меди. Процессы эрозии трубопроводов тоже имеют свои вклад в загрязнении медью. Самыми важными минералами с большим содержанием меди считаются малахит, борнит, халькопирит, халькозин, азурит, бронтантин.

Предельно-допустимая концентрация меди для водной среды

ПДК меди для водной среды считается 0,1 мг/л, для рыбохозяйственных прудов ПДК_рыбхоз меди уменьшается до 0,001 мг/л, в то время как ПДК для морских водоемов — 0,005 мг/л.

Молибден (Mo)

Во время выщелачивания минералов с высоким содержанием молибдена, освобождаются разные соединения молибдена. Высокий уровень молибдена может замечаться в реках и озерах, которые находятся рядом с фабриками по обогащению и предприятиями занимающиеся цветной металлургией. Из-за разных процессов осаждения труднорастворимых соединений, адсорбции на поверхности разных пород, а также употребления водными водорослями и растениями, его количество может заметно уменьшится.

В основном в растворе, молибден может находиться в форме аниона MoO₄ 2- . Есть вероятность присутствия молибденоорганических комплексов. Из-за того что при окисления молибденита формируются рыхлые мелкодисперсные соединения, повышается уровень коллоидального молибдена.

Содержание молибдена в природных водоёмах

Уровень молибдена в реках колеблется между 2,1 и 10,6 мкг/л. В морях и океанах его содержание — 10 мкг/л.

При малых концентрациях, молибден помогает нормальному развитию организма (так растительного, как и животного), ведь он входит в категорию микроэлементов. Также он является составной частью разных ферментов как ксантиноксилазы. При недостатке молибдена возникает дефицит этот фермента и таким образом могут проявляться отрицательные эффекты. Избыток этого элемента тоже не приветствуется, потому что нарушается нормальный обмен веществ.

Предельно-допустимая концентрация молибдена для водной среды

ПДК молибдена в поверхностных водоёмах не должна превышать 0,25 мг/л, для рыбохозяйственных прудов ПДК_рыбхоз меди уменьшается до 0,001 мг/л.

Мышьяк (As)

Загрязнены мышьяком в основном районы, которые находятся близко к минеральным рудников с высоким содержанием этого элемента (вольфрамовые, медно-кобальтовые, полиметаллические руды). Очень малое количество мышьяка может произойти при разложении живых организмов. Благодаря водным организмам, он может усваиваться этими. Интенсивное усваивание мышьяка из раствора замечается в период бурного развития планктона.

Важнейшими загрязнителями мышьяком считаются обогатительная промышленность, предприятия по производству пестицидов, красителей, а также сельское хозяйство.

Озера и реки содержат мышьяк в два состояния: во взвешенном и растворённом. Пропорции между этими формами может меняться в зависимости от рН раствора и химической композиции раствора. В растворённом состоянии, мышьяк может быть трехвалентном или пятивалентном, входя в анионные формы.

Уровень мышьяка в природных водоёмах

В реках, как правило, содержание мышьяка очень низкое (на уровне мкг/л), а в морях — в среднем 3 мкг/л. Некоторые минеральные воды могут содержать большие количества мышьяка (до несколько миллиграммов на литр).

Больше всего мышьяка могут, содержат подземные водохранилища — до несколько десяток миллиграммов на литр.

Его соединения очень токсичны для всех животных и для человека. В больших количествах, нарушаются процессы окисления и транспорт кислорода к клеткам.

Предельно-допустимая концентрация мышьяка для водной среды

ПДК мышьяка для водной среды — 10 мкг/л, для рыбохозяйственных прудов ПДК_рыбхоз — 50 мкг/л, в то время как ПДК для морских водоемов — 10 мкг/л.

Никель (Ni)

На содержание никеля в озерах и реках влияют местные породы. Если рядом с водоёмом находятся месторождения никелевых и железно-никелевых руд концентрации могут быть и ещё больше нормального. Никель может поступить в озера и реки при разложении растениях и животных. Сине-зеленые водоросли содержат рекордные количества никеля по сравнению с другими растительными организмами. Важные отходные воды с высоким содержанием никеля освобождаются при производстве синтетического каучука, при процессах никелирования. Также никель в больших количествах освобождается во время сжигания угля, нефти.

Высокий рН может послужить причиной осаждения никеля в форме сульфатов, цианидов, карбонатов или гидроксидов. Живые организмы могут снизить уровень подвижного никеля, употребляя его. Важны и процессы адсорбции на поверхности пород.

Вода может содержать никель в растворённой, коллоидальной и взвешенной формах (баланс между этими состояниями зависит от рН среды, температуры и состава воды). Гидроксид железа, карбонат кальция, глина хорошо сорбируют соединения содержащие никель. Растворённый никель находится в виде комплексов с фульвовой и гуминовой кислот, а также с аминокислотами и цианидами. Самой стабильной ионной формой считается Ni 2+ . Ni 3+ , как правило, формируется при большом рН.

В середине 50ых годов никель был внесён в список микроэлементов, потому что он играет важную роль в разных процессах как катализатор. В низких дозах он имеет положительный эффект на кроветворные процессы. Большие дозы всё-таки очень опасны для здоровья, ведь никель — канцерогенный химический элемент и может спровоцировать разные заболевания дыхательной системы. Свободный Ni 2+ более токсичный, чем в форме комплексов (примерно в 2 раза).

Уровень никеля в природных водоёмах

В реках, содержание никеля — 0,8 — 10 мкг/л, а при загрязнении даже несколько десяток микрограммов на литр. В морях в среднем содержание этого металла — 2 мкг/л, а в подземных водохранилищах даже несколько миллиграммов на литр воды. Рядом с породами содержащие никелевые минералы, подземные водохранилища могут содержать до 20 г/л.

Предельно-допустимая концентрация никеля для водной среды

ПДК никеля для водной среды — 0,02 мг/л, а вот в рыбохозяйственных прудах ПДК_рыбхоз — 0,01 мг/л.

Олово (Sn)

Природными источниками олова являются минералы, которые содержат этот элемент (станнин, касситерит). Антропогенными источниками считаются заводы и фабрики по производству разных органических красок и металлургическая отрасль работающая с добавлением олова.

Олово — малотоксичный металл, вот почему употребляя пищу из металлических консервов мы не рискуем своим здоровьем.

Содержание олова в природных водоёмах

Озера и реки содержат меньше микрограмма олова на литр воды. Подземные водохранилища могут содержать и несколько микрограммов олова на литр.

Предельно-допустимая концентрация олова для водной среды

ПДК олова для водной среды — 2 мг/л, а вот в рыбохозяйственных прудах ПДК_рыбхоз — 0,112 мг/л.

Ртуть (Hg)

Главным образом, повышенный уровень ртути в воде замечается в районах где есть месторождения ртути. Самые частые минералы — ливингстонит, киноварь, метациннабарит. Сточная вода с предприятий по производству разных лекарств, пестицидов, красителей может содержать важные количества ртути. Другим важным источником загрязнения ртутью считаются тепловые электростанции (которые используют как горючее уголь).

Его уровень в растворе уменьшается главным образом за счёт морских животных и растений, которые накапливают и даже концентрировать ртуть! Иногда содержание ртути в морских обитателей поднимается в несколько раз больше чем в морской среде.

Природная вода содержит ртуть в две формы: взвешенную (в виде сорбированных соединений) и растворённую (комплексные, минеральные соединения ртути). В определённых зонах океанов, ртуть может появляться в виде метилртутных комплексов.

Содержание ртути в природных водоёмах

Содержание ртути в реках в среднем — десятки доли микрограмма на литр воды, в морях — 0,03 мкг/л. Самый большой уровень ртути содержится в подземной воде — 1 — 3 мкг/л.

Ртуть и его соединения очень токсичны. При больших концентрациях, имеет отрицательное действие на нервную систему, провоцирует изменения в крови, поражает секрецию пищеварительного тракта и двигательную функцию. Очень опасны продукты переработки ртути бактериями. Они могут синтезировать органические вещества на базе ртути, которые во много раз токсичнее неорганических соединений. При употреблении рыбы, соединения ртути могут попасть в наш организм.

Предельно-допустимая концентрация ртути для водной среды

ПДК ртути в обычной воде — 0,5 мкг/л, для рыбохозяйственных прудов ПДК_рыбхоз — меньше 0,01 мкг/л (в идеале — отсутствие), в то время как ПДК для морских водоемов — 0,1 мкг/л.

Свинец (Pb)

Реки и озера могут загрязняться свинцом натуральным путём при смывании минералов свинца (галенит, англезит, церуссит), так и антропогенным путём (сжигание угля, применение тетраэтилсвинца в топливе, сбросы фабрик по рудообогащению, сточные воды с шахт и металлургических заводов). Осаждение соединений свинца и адсорбция этих веществ на поверхности разных пород являются важнейшими натуральными методами понижения его уровня в растворе. Из биологических факторов, к уменьшению уровня свинца в растворе ведут гидробионты.

Свинец в реках и озерах находится во взвешенной и растворённой форме (минеральные и органоминеральные комплексы). Также свинец находится в виде нерастворимых веществ: сульфаты, карбонаты, сульфиды.

Содержание свинца в природных водоёмах

Содержание свинца в реках — несколько микрограммов на литр. В реках и озерах, находящийся рядом с полиметаллическими рудниками, уровень свинца может подниматься до несколько десятков миллиграммов на литр. Термальные хлорные воды тоже могут содержать до несколько миллиграммов свинца на литр.

Про токсичность этого тяжелого металла мы наслышаны. Он — очень опасный даже при малых количествах и может стать причиной интоксикации. Проникновение свинца в организм осуществляется через дыхательную и пищеварительную систему. Его выделение из организма протекает очень медленно, и он способен накапливаться в почках, костях и печени.

Предельно-допустимая концентрация свинца для водной среды

ПДК свинца для водной среды — 0,01 мг/л, для рыбохозяйственных прудов ПДК_рыбхоз — 0,006 мг/л, в то время как ПДК для морских водоемов — 0,01 мг/л.

Тетраэтилсвинец

Он служит в качестве антидетонатора в моторном топливе. Таким образом, основными источниками загрязнения этим веществом — транспортные средства.

Это соединение — очень токсичное и может накапливаться в организме.

Предельно-допустимая концентрация тетраэтилсвинца для водной среды

Предельно-допустимый уровень этого вещества приближается к нулю.

Тетраэтилсвинец вообще не допускается в составе вод.

Серебро (Ag)

Серебро главным образом попадает в реки и озера из подземных водохранилищах и как следствие сброса сточных вод с предприятий (фотопредприятия, фабрики по обогащению) и рудников. Другим источником серебра могут быть альгицидные и бактерицидные средства.

В растворе, самые важные соединения являются галоидные соли серебра.

Содержание серебра в природных водоёмах

В чистых реках и озерах, содержание серебра — меньше микрограмма на литр, в морях — 0,3 мкг/л. Подземные водохранилища содержат до несколько десяток микрограммов на литр.

Серебро в ионной форме (при определённых концентрациях) имеет бактериостатический и бактерицидный эффект. Для того чтобы можно было стерилизовать воду при помощи серебра, его концентрация должна быть больше 2*10 -11 моль/л. Биологическая роль серебра в организм ещё недостаточно известна.

Предельно-допустимая концентрация серебра для водной среды

Предельно-допустимая серебра для водной среды — 0,05 мг/л.

Видео (Презентация) на тему загрязнения тяжелыми металлами

Ниже представлена презентация (видео) на тему загрязнения тяжелыми металлами.

Загрязнение воды тяжелыми металлами: опасность для водной среды, последствия и способы предотвращения

Питьевая вода в прозрачном стакане внушает доверие внешним видом и прекрасно утоляет жажду. Но говорить о гарантированной безопасности этой воды нельзя.

Всегда остаётся вероятность попадания в гидросферу тяжелых металлов из загрязненной человеком водной среды.

Опасность загрязнения водоемов и мирового океана данными элементами связана с тем, что тяжелые металлы в воде не обнаруживаются органолептически, то есть не заметны на вкус, запах и цвет.

Их присутствие в чашке чая или скважине на дачном участке определит только химическая лаборатория, располагающая методиками анализа и необходимым оборудованием для контроля качества вод.

Понятие и определение

К тяжелым металлам с точки зрения химии относят элементы таблицы Менделеева, обладающие металлическим свойствами и относительной атомной массой выше 50. Другой критерий — плотность, равная или превышающая удельный вес железа (7,8 г/см 3 ).

Но в водоочистке и медицине понятие «тяжелые металлы» трактуется шире. Этот термин объединяет вещества с металлическими свойствами, наносящие серьезный ущерб людям и экосистемам.

Самыми опасными являются следующие элементы:

• хром (51,9); (58,7);
• кобальт (58,9); (63,5); (65,4);
• мышьяк (74,9);
• кадмий (112,4);
• ртуть (200,6); (207,2).

С чем связана опасность?

В гидросферу тяжелые металлы попадают в ходе природных процессов и в результате человеческой деятельности.

Загрязнение водоемов и водотоков природными тяжелыми элементами происходит тогда, когда пластовые воды растворяют минералы горных пород, а частицы почвы, разрушенной эрозиями, уносятся в водоемы вместе с атмосферными осадками.

Тяжелые металлы берутся в почве, а затем мигрируют в гидросферу в результате трёх естественных процессов в природе:

1. Прямое обогащение. Чернозём на Алтае естественно обогащен мышьяком в концентрации 100-150 мг/кг.

1. Нарушение баланса между химическими элементами. Содержание мышьяка в странах Южной Азии превышает 200 мкг/л при норме 10 мкг/л. Причина — нарушение буферной роли почвы, в сдвиге оптимального соотношения мышьяка и железа в водонасыщенных осадках, где благодаря присутствию пирита образуется восстановительная среда.

1. Активизация литогенных тяжелых элементов. В почве западной части США в фосфоритных месторождениях и сопряженных с ними углистоглинистых сланцах содержится селен (Se) в концентрации 700 мг/кг при норме для почв США 0,4 мг/кг. В момент орошения этих участков для нужд сельского хозяйства селен почвы становится подвижным и переносится в водоемы с потоками дренажной воды. Концентрация Se в телах животных и тканях водолюбивых растений достигает уровня 3000 мг/кг. Гибель скота в штатах Айдахо, Юта и Вайоминг учёные связывают с высоким содержанием селена, содержащегося в воде и растениях этих территорий.

Природное загрязнение гидросферы тяжелыми металлами нельзя игнорировать, но большинство токсичных элементов в воду сбрасывает всё же человек, непрерывно наращивающий масштабы промышленного производства и сельскохозяйственной деятельности.

Источники антропогенного загрязнения водоемов

К таковым относятся:

• горнодобывающие заводы;
• тепловые электростанции;
• заводы, производящие пластмассу, композиты, краски;
• металлургическая промышленность;
• нефтеперегонные заводы и предприятия по добыче нефти;
• металлургические комбинаты;
• заводы по производству электротехники и гальванического оборудования;
• комбинаты по выпуску удобрений; и крупные промышленные полигоны.

Недостаточное очищение промышленных и бытовых стоков, а также смыв удобрений с полей загрязняет поверхностные водоемы, ощутимо затрудняя их использование. При повреждении водоупорных горизонтов ядовитые вещества с поверхности способны просочиться в подземные водотоки, поэтому водозаборные скважины также не защищены от агрессивных антропогенных воздействий.

Последствия

Тяжелые металлы из поверхностных и подземных вод при недостаточной очистке проникают в систему водоснабжения, и затем с питьевой водой попадают в организм человека. Тяжёлые металлы склонны к биоаккумуляции – накоплению в органах и тканях с течением времени.

С каждой чашкой чая, если вода загрязнена, незаметные токсиканты проникают в тело человека. Тяжелые металлы опасны тем, что они сохраняются быстрее, чем они расщепляются (метаболизируются) или выводятся из организма.

Концентрация токсичных химических веществ в организме со временем увеличивается и с определенного момента начинает негативно воздействовать на здоровье.

Люди становятся восприимчивыми к простудам, страдают аллергией, мышечными болями. Нарушается память, снижаются умственные способности, появляется вялость или наоборот нервозность. При длительном воздействии тяжелых металлов на организм человека развиваются состояния, имитирующие болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз.

Повторный длительный контакт с некоторыми тяжелыми металлами и их соединениями провоцирует онкологические заболевания.

Последствия загрязнения вод мирового океана различными видами металлом мы свели в таблицу:

• природные месторождения;
• производство красок/пигментов; ;
• кожевенные заводы;
• предприятия химической промышленности.

• заболевания легких, носовой перегородки, барабанной перепонки;
• тяжелые дерматиты;
• тяжелые поражения почек, печени, ЖКТ.

• месторождения сульфидных медно-никелевых, железоникелевых руд; ;
• сточные воды после никелирования;
• сжигание ископаемого топлива;
• стоки заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик.

• выщелачивание медноколчедановых и других руд;
• распад мёртвых организмов и растений;
• сточные воды металлургических, металлообрабатывающих и химических заводов.

• сердечная недостаточность;
• бронхиальная астма;
• патологии щитовидной железы.

• коррозия медных трубопроводов;
• стоки гальванических производств, нефтеперерабатывающих заводов, сельского хозяйства;
• природные процессы.

• язва желудка;
• нарушения работы почек, печени, ЦНС;
• снижение иммунного ответа организма.

• природные процессы (выветривание, вымывание) в горных породах;
• сточные воды горных, химических, металлургических предприятий.

• канцероген;
• бесплодие, снижение иммунитета.

• плавка меди, цинка и свинца;
• производство пестицидов, стекла, красок, фунгицидов;
• выпуск полупроводников, мыла, лекарств;
• сельское хозяйство, промышленность, горное дело;
• естественные источники (почвы, горные породы).

• кровь, почки;
• пищеварительная и центральная нервная система;
• поражения кожи (утолщение, пигментация);
• рак кожи, легких, мочевого пузыря и почек.

, сотовые телефоны;
• беспроводные устройства, компьютеры; ;
• коррозия оцинкованных труб;
• выбросы предприятий по переработке металлов.

• канцероген;
• печень, плацента, почки;
• легкие, головной мозг;
• поражение костей (ломкость, искривление, хрупкость);
• рак прямой кишки и легких.

• природные месторождениях в виде руд, содержащих другие элементы; ; , термостаты.

• поражает головной мозг, почки;
• нарушение зрения, тремор;
• нарушение речи, слуха;
• накапливается в организме, вызывая долгосрочные проблемы со здоровьем.

• природные отложения свинца;
• коррозия свинцовых водопроводных труб, кранов, арматуры;
• промышленные и производственные процессы.

• кости, головной мозг, кровь, почки, щитовидная железа, сосуды, ЖКТ;
• головокружения и головная боль;
• снижение внимания;
• замедление умственного развития у детей.

Способы предотвращения

На сооружениях очистки используют несколько способов удаления тяжелых металлов из воды. Выбор метода зависит от концентрации элементов в воде и степени загрязнения жидкости.

• возможность глубокой очистки;
• удаляются Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, цианиды.

• повторное загрязнение очищенных вод;
• дороговизна реагентов;
• образование обильного осадка.

Заключение

Решить проблему многолетнего антропогенного загрязнения воды тяжелыми металлами можно только путем улучшения экологической обстановки в стране и мире, поскольку даже современные методы очистки воды не позволяют досконально удалить все вредные примеси. И у себя дома не лишним будет установить фильтр для воды, чтобы самому не стать таким фильтром.

Источник https://o-vode.net/kakaya-byvaet/tyazhelye-metally-v-vode

Источник https://www.net-bolezniam.ru/zagrjaznenie-tjazhelymi-metallami-soderzhanie-i-predelno-dopustimye-koncentracii-v-vode/58/

Источник https://rcycle.net/ekologiya/gidrosfera/zagryaznenie-vody-tyazhelymi-metallami-opasnost-dlya-vodnoj-sredy-posledstviya-i-sposoby-predotvrashheniya