Классы опасности тяжелых металлов
Обновлено: 02.05.2024
Кадмий (Cd). Чаще металл образует двухвалентные соединения, включая оксиды, гидроксиды, сульфиды, селениды, теллуриды, галлиды. В водных растворах образует с галлидами комплексные анионы.
Распространение в биосфере. Металл широко распространен в окружающей среде. Он встречается в природе в форме редких минералов гринокит (CdS) и отавит (CdCO4). Оба соединения обнаруживаются в цинковых и цинково-свинцовых рудах. Потребление кадмия и загрязнение им почвы, воды и воздуха в результате производственной деятельности неуклонно возрастает.
Антропогенные источники поступления. Гальванические процессы в производстве, изготовление кадмиево-никилиевых батарей, выплавка цинка и свинца, электроанодирование металлов, производство сплавов (с медью, серебром), стабилизаторов пластмасс, красителей, роизводство и использование фосфатных удобрений, сжигание отходов, угля, бензина, сигаретный дым, и т.д. Чаще всего в окружающую среду кадмий поступает в виде побочного продукта при выплавке и электролитической очистке Zn.
Токсическое действие: Высокотоксичен, обладает высокой кумулятивной способностью. Пары кадмия, образуемые при плавлении, являются чрезвычайно опасными и являются основной причиной острых смертельных интоксикаций металлами.
Поступление в организм. Основной путь воздействия, не связанный с производством – через пищу. Содержание Сd в различных пищевых продуктах составляет до (1,3 мкг/г), а суточное потребление Сd с водой и продовольствием составляет в среднем 10-30 мкг. В сильно загрязненных регионах потребление может составить до 400 мкг/сутки. Особенно много Сd содержится в морепродуктах. Растительные продукты в целом содержат больше Сd, чем мясные.
Ингаляция - другой путь поступления Сd в организм. Средняя концентрация Сd в воздухе в различных регионах неодинакова: в сельской местности - 1-6 нг/м 3 , в городах -5-60 нг/м 3 , индустриальных регионах - 20-700 нг/м 3 . Ежедневное поступление Сd с вдыхаемым воздухом колеблется в интервале от 0,02 мкг/сут. до 2 мкг/сутки. Таким образом, даже в сильно загрязненной местности пища и вода - основной источник поражения населения кадмием.
Дополнительный источник поступления кадмия в организм - курение. Дело в том, что табак активно кумулирует кадмий, содержащийся в загрязненной почве. Установлено, что курильщик ежедневно выкуривающий пачку сигарет дополнительно ингалирует около 2 мкг Сd/сутки.
Большинство солей кадмия плохо абсорбируются в желудочно-кишечном тракте. Поступивший в кровь кадмий быстро связывается эритроцитами и альбуминами плазмы. Связавшийся с плазмой металл быстро переходит в различные ткани и органы, преимущественно печень и почки. Период полувыведения кадмия из организма человека составляет по современным оценкам 25-30 лет. Первоначально Сd в неизмененном состоянии выделяется через почки. Однако после развития нефропатии происходит значительное увеличение выведения элемента с мочой в комплексе с металлотионеином.
Класс опасности 1.
Ртуть (Hg). Антропогенные источники поступления:
- получение ртути и ртутьсодержащих веществ;
- сжигание органического топлива;
- производство хлора и соды;
Антропогенное поступление в среду в виде паров, водорастворимых солей и органических соединений существенно нарушило биогеохимический цикл ртути. В результате чего в настоящее время наиболее распространенными в окружающей среде являются: металлическая ртуть Нg, ее неорганические соединения — соли двухвалентной ртути типа НgХ, ртутьорганические соединения.
Рыбы содержат от 10 до 1500 мг/г в форме метилртути. Описаны ртутные отравления людей, питавшихся хлебом из обработанного алкилртутью зерна пшеницы. Хронические отравления малыми концентрациями ртути гораздо труднее диагностировать. Маркетинговый лимит для ртути на 0,4-1,0 мг/кг рыбы установлен в США, Канаде, Финляндии, Швеции и Японии. Является нейротропным ядом. В воде содержится метилированная ртуть, которая может попадать в организм рыбы, а затем - человека. Период полураспада - 40 суток для неорганических соединений ртути, 70 суток - для органических.
Ртуть тропна к тканям плода, способна вызывать его уродства.
Токсическое действие. Тиоловый яд(способный блокировать сульфгидрильные (SH-) группы белков и тем самым нарушать обменные процессы в организме), следовательно, взаимодействует с белками и обладает широким спектром действия. Особенность паров ртути – нейтротоксичноть, действие на высшую нервную деятельность. При отравлении ртутью, которое носит обычно хронический характер, возникает тремор, ртутный эретизм (неустойчивость эмоциональной сферы), поражение почек, кишечника.
Свинец (Pb). Антропогенные источники поступления.
- свинцовые и свинцово-цинковые заводы (цветная металлургия);
- выхлопные газы автомобилей
-сточные воды металлообрабатывающего, машиностроительного, нефтехимического, спичечного производств;
- сжигание каменного угля и бытового мусора.
Токсикологическая опасность свинца усугубляется его активным всасыванием в пищеварительном тракте человека и животных, значительным объемом распределения в тканях и накоплением в костях. Депонированный в костях свинец способен поступать в кровь, с током которой доставляется в различные органы. Считают, что в организм взрослого человека с водой и продуктами питания за сутки поступает 0,3 мг свинца и еще 0,3 мг попадает из табачного дыма у интенсивных курильщиков.В наибольшей степени опасному воздействию свинца подвергаются рабочие, занятые на его добыче в шахтах, а также при выплавке. В этом случае металл поступает в организм ингаляционным путем.
Примерно 35 % свинца, попавшего в дыхательные пути человека, оседает в легких. Около 10 % свинца, поступившего с продуктами питания в пищеварительный тракт, всасывается. Выведение свинца из организма человека осуществляется преимущественно (более 70 %) почками и в меньшей мере через пищеварительный тракт (~ 10 %).
Токсическое действие. Тиоловый яд, но менее токсичен, чем ртуть и мышьяк. Поражает ЦНС, периферическую нервную систему, костный мозг, кровь, сосуды, генетический аппарат, клетки.
Проявление острого отравления (солями свинца): схваткообразные боли в животе, запор, общая слабость, головокружение, боли в конечностях и пояснице.
Хроническое отравление. Случаи хронического отравления свинцом наблюдаются при длительном употреблении питьевой воды, в которой его содержание достигает 0,04 -1 мг/л.
Внешне: свинцовая (черная) кайма по краю десен, землисто-серая окраска кожи, .головная боль, головокружение, утомляемость, раздражительность, нарушение сна, ухудшение памяти, эпилептические припадки. Двигательные расстройства: параличи отдельных мышц, дрожания рук, век и языка; боли в конечностях, изменения системы крови – нарушение биосинтеза гемоглобина и как следствие - свинцовая анемия, обменные и эндокринные нарушения, нарушения желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы. 1-й класс опасности.
Мышьяк как элемент в чистом виде ядовит только в высоких концентрациях. Он принадлежит к тем микроэлементам, необходимость которых для жизнедеятельности организма человека не доказана, за исключением его стимулирующего действия на процесс кроветворения. Соединения же мышьяка, такие как мышьяковистый ангидрид, арсениты и арсенаты, сильно токсичны.
Мышьяк содержится во всех объектах биосферы (в земной коре – 2 мг/кг, в морской воде – 5 мкг/кг).Повышенное содержание мышьяка отмечается в рыбе и других гидробионтах, в частности в ракообразных и моллюсках. По данным ВОЗ, в организм человека с суточным рационом поступает в среднем 0,05 – 0,45мг мышьяка. Разовая доза мышьяка 30 мг – смертельна для человека.
Антропогенные источники загрязнения.
- металлургия (мышьяк – примесь во многих рудах): производство Pb, Zn, Ni, Cu, Sn, Mo, W;
- производство серной кислоты и суперфосфата;
- сжигание каменного угля, нефти, торфа;
- производство мышьяка и As-содержащих ядохимикатов;
Выбросы в воздух с дымом и со сточными водами.Мышьяк используется при производстве полупроводников, стекла, красителей, инсектицидов, фунгицидов и т.д.
Токсическое действие. Тиоловый яд, вызывает нарушение обмена веществ, повышение проницаемости стенок сосудов, как следствие, разрушение эритроцитов (гемолиз), разрушение тканей в месте их прямого контакта с мышьяком;
Хроническое отравление. Повышенная утомляемость, потеря веса, тошнота, головокружение, боли в конечностях, желудке, кишечнике, груди, горле, кашель, отек лица и век. Выпадение волос и ногтей, кровоизлияние, потемнение кожи. Раздражительность, рвота, неустойчивый стул, отсутствие аппетита. 1-й класс опасности.
Cr (VI) > Cr (III) > Cr (II)
Поражает почки, ЖКТ, печень, поджелудочную железу, обладает канцерогенным эффектом - возможен рак кожи, легких, печени, гемангиома и другие опухоли. Раздражающее действие, Cr (VI) – аллерген.
Признаки острого отравления. Аэрозольные соединения Cr (VI), хроматы, бихроматы – насморк, чихание, носовые кровотечения, раздражение верхних дыхательных путей; в тяжелых случаях – острая почечная недостаточность.
Признаки хронического отравления. Поражение верхних дыхательных путей и развитие бронхитов и бронхиальной астмы; поражение печени (нарушение функций, развитие цирроза), аллергические заболевания кожи – дерматиты, язвы, «хромовые экземы». При длительном контакте с соединениями хрома возрастает вероятность раковых заболеваний. 2-й класс опасности.
Является наиболее токсичным, но и наиболее важным микроэлементом. В следовых количествах медь находят практически во всех продуктах питания, что не вызывает интоксикаций, за исключением заболевания Вильсона-Коновалова - гепатоцеребральная дистрофия (совместное поражение печени и ядер гипоталамуса). Человек менее чувствителен к меди по сравнению с млекопитающими (овцы). Медь содержится в печени, мясе. Задерживается в организме при избытке цинка, молибдена. Накапливается в воспаленных тканях. Период полураспада - 4 недели. Медь играет большую роль в метаболизме железа. Токсичность ее объясняется нарушением транспорта железа и образования гемоглобина. Медь остротоксична для большинства пресноводных организмов.
Антропогенные источники поступления.
- предприятия цветной металлургии;
- сжигание угля и нефти.
Токсическое действие. Тиоловый яд.
Признаки острого отравления. При попадании в желудок CuSO4 – тошнота, рвота с кровью, боль в животе, понос, нарушение координации движений, смерть от почечной недостаточности. При вдыхании аэрозоля – приступы кашля, боли в животе, носовое кровотечение. Повышение температуры.
Признаки хронического отравления. Расстройства нервной системы, печени почек, нарушение носовой перегородки. 2-й класс опасности.
Алюминий (Аl) Первые данные о токсичности алюминия были получены в 70–х годах прошлого века, и это явилось неожиданностью для человечества. Будучи третьим, по распространенности элементом земной коры и обладая ценными качествами, Al нашел широкое применение в технике и быту. Поставщиками алюминия в организм человека является алюминиевая посуда, если она контактирует с кислой или щелочной средой, вода которая обогащается ионами Al 3+ при обработке ее сульфатом алюминия на водоочистительных станциях.Депо алюминия в организме - ЦНС, печень, кости. Он фиксируется на измененных клетках. При избыточном поступлении в организм вызывает болезнь Альцгеймера, циститы, дерматиты. В алюминиевой таре можно варить продукты, но не хранить их.
Существенную роль в загрязнении окружающей среды ионами Al 3+ играют и кислотные дожди. Не следует злоупотреблять содержащими гидроксид алюминия лекарствами: противогеморроидальными, противоартритными, понижающими кислотность желудочного сока. Как буферную добавку вводят гидроксид алюминия и в губную помаду. Среди пищевых продуктов наивысшей концентрацией алюминия (до 20 мг/г) обладает чай.
Поступающие в организм человека ионы Al 3+ в форме нерастворимого фосфата выводятся с фекалиями, частично всасываются в кровь и выводятся почками. При нарушении деятельности почек происходит накапливание алюминия, которое приводит к нарушению метаболизма Ca, Mg, P, F, сопровождающееся ростом хрупкости костей, развитием различных форм анемии. Кроме того, были обнаружены: нарушение речи, ориентации, провалы в памяти, нарушение ориентации и т.п. 3-й класс опасности.
Классы элементов (металлов) по степени опасности (токсичности) в разных странах и у разных исследователей
1. Классы опасности по СанПин 2.1.4.1074-01. Вода. Санитарные правила, нормы и методы безопасного водопользования населения. Министерство здравоохранения РФ, М. 2004г., обозначены в таблице как: 1- класс, 2-класс, 3-класс, 4-класс.
2. Классы опасности элементов (США,1998г из Экологического вестника России,
№ 5 1998г.), обозначены в таблице как: А, В, С, Д.
3. Классы (по данным Свирко,В.Г. Розанов 1984, С.Р. Крайнов и В.М. Швец 1987) обозначены как: 1, 2, 3.
4. Классы по « Критериям… МООС и ПР РФ,1992г обозначены как: МООС
| 1- класс | Be,Hg, P. | |
| As Cd Hg Pb Se Zn F Be Ta P | Бензопирен | |
| А | AsBa CdCr Cu F Pb Hg Se | нитраты, нитриты |
| МООС | Be Hg Ga | Бензопирен |
| 2-класс | Al,Ba,B,Cd,Mo,As,Pb,Se,Sr,Тl,Nb,Te,Li,Sb,W, Ag,Bi,Co,Rb,Si,Na, | Цианиды, роданиды,бромид-ион,персульфат-ион,перекись водорода. |
| B Co Ni Mo Cu Sb Cr Br Bi Si Li Nb | 4-х хлористый углерод | |
| В | Al Mo Ni Ag Na Zn | цианиды, сульфаты |
| МООС | Al Ba B Cd Mo As Pb Se Sr | нитриты, цианиды |
| 3 класс | Fe,Mn,Cu,Ni,Cr,Zn,NH4,Cr, | Хлор-ион |
| Ba V W Mn Sr, Fe | Ацетофенол,нитрит, нитрат, аммоний | |
| С | Сa Fe Li Mg Mn K Si Br Cl J | CO, хлориды, озон |
| МООС | Ni Cr Cu Mn Zn | аммоний,нитраты, фенолы нефтепродукты, фосфаты |
| 4 класс | Eu, H2 S, | Сульфат-ион,хлориды |
| SO Cl | ||
| Д | Sb Be Co Sn Th V |
Приложение 2
Предельно допустимые концентрации элементов
Безопасного водопользования населения.
СанПин 2.1.4.1074-01г. Министерство здравоохранения РФ, М. 2004г
| Элементы | ПДК, мг/л | Класс | Элементы | ПДК Мг/л | Класс |
| 1.Бериллий 2.Ртуть 3.фосфор | Be Hg P | 0.0002 0.0005 1.0 | 26. Бромид-ион 27.персульфат-ион 28.Перекись вод-да 29. Стронций | Br H2 O2 Sr | 0.2 0.5 0.1 7.0 |
| 4. Алюминий 5. Барий 6. Бор 7. Кадмий 8. Молибден 9. Мышьяк 10. Свинец 11. Селен 12. Цианиды 13. Таллий 14. Ниобий 15. Теллур 16. Литий 17.Сурьма 18. Вольфрам 19. Серебро 20. Висмут 21. Кобальт 22. Рубидий 23. Кремний 24. Натрий 25. Роданид-ион | Al Ba B Cd M As Pb Se CN Tl Nb Te Li Sb W Ag Bi Co Rb Si Na Ro | 0.5 0.1 0.5 0.001 0.25 0.05 0.03 0.01 0.035 0.0001 0.01 0.01 0.03 0.05 0.05 0.05 0.1 0.1 0.1 10.0 200.0 0.1 | |||
| 30 .Железо 31. Марганец 32 Медь 33. Никель 34. Хром 35. Цинк 36. Ванадий 37 Аммоний 38. Хром – 5вал. 39 хлорид | Fe Mn Cu Ni Cr Zn V NН4 Cr Cl | 0.3 0.1 1.0 0.1 0.05 3.0 0.1 2.0 0.5 0.2 | |||
| 40. сульфат-ион 41. хлориды 42. сероводород 43. европий | SO4 Cl Н2 S Eu | 500.0 350.0 0.003 0/3 | |||
| 44 минерализация 45 окисляемость 46 нефтпродукты 47. пов.активн.в-ва 48 фенольн. Индекс 49 фтор* 50 жесткость 51. рН 52 уран | M F U | 1000. 5.0 0.1 0.5 0.25 0.7-1.5 7.0 6-9 0.02** | - - - - - - - - |
*ПДК фтора по ГОСТ 2874-82
Приложение 3
Оценка санитарно-гигиенической опасности загрязнения питьевой воды и источников питьевого водоснабжения химическими веществами
По табл.2.3.2 «Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия» МООС и ПР РФ, М.,1992г (30 11 1992г, Данилов - Данильянц).
| Токсические элементы По классам опасности | Параметры | Относительно удовлетворит. Ситуация | |
| Эколог. бедствие, статья 59 | Чрезвычаяйна экологич. ситуация, с. 58 | ||
| ПЕРВЫЙ класс: бериллий, ртуть, фосфор и др. | Более 3 ПДК | 2-3 ПДК | В пределах ПДК |
| ВТОРОЙ класс: алюминий, барий, бор, кадмий, молибден, мышьяк, свинец, селен, стронций, цианиды и др. | Более 10 ПДК | 5-10 ПДК | В пределах ПДК |
| ТРЕТИЙ и ЧЕТВЕРТЫЙ класс: никель, аммоний, хром, медь, марганец, цинк, ванадий, железо и др. | Более 15 ПДК | 10-15 ПДК | В пределах ПДК |
| Физико-химические свойства: рН | Меньше 4 | 4-5,2 | 7 (6-8??) |
Класс опасности по СанПин (СанПин 2.1.4.1074-01 от 2004г)
Металлы тяжелые– с плотностью 8 тысяч кг на кубический метр. Почти все металлы тяжелые (М.Т) - токсичны. Антропогенное рассеивание М.Т: Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg, Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn. ( в том числе в виде солей) в биосфере приводит к отравлению или угрозе отравления живого. (Реймерс Н.Ф. «Природопользование», Мысль, М. 1990г)
Приложение 4
Предельно допустимые концентрации элементов, загрязняющих природные воды при ДПИ (по разным источникам) мг/л
| Элементы | Свирко* | Гост** 2874-82 | ВОЗ-92*** | США-98**** | БГП- 85. ***** | ТЕРКСОП Рыба ****** | ВСЕГИН ГЕО Рыба*** **** |
| Мышьяк | 0 05 | 0 .05 | 0.01 | 0.05 | 0.05 | 0.01 | 0.05 |
| Кадмий | 0.01 | - | 0.003 | 0.01 | 0.01 | 0.005 | 0.005 |
| Ртуть | 0.0005 | - | 0.001 | 0.002 | 0.004 | 0.0001 | 0.0001 |
| Свинец | 0.03 | 0.03 | 0.01 | 0.02 | 0.003-0.1 | 0.01 | 0.1 |
| Селен | 0.001 | 0.001 | 0.01 | 0.05 | 0.001 | - | - |
| Цинк | 0.01 | 5.0 | 3.0 | 5.0 | 5.0 | 0.01 | 0.01 |
| Фтор | 1.5 | 0.7-1.5 | 1.5 | 4.0 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| Бериллий | 0.0002 | 0.0002 | - | - | - | - | - |
| Таллий | 0.0001 | - | - | - | - | - | - |
| Фосфор | - | - | 0.4? | - | - | - | |
| Бор | 0.5 | - | 0.3 | - | 0.5 | - | 0.1 |
| Кобальт | 0.01 | - | - | - | 0.1-0.01 | - | 0.01 |
| Никель | 0.01 | - | 0.02 | 0.15 | 0.1 | 0.01 | 0.01 |
| Молибден | 0.25 | 0.25 | 0.07 | 0.1 | 0.25 | - | 0.0004 |
| Медь | 0.01 | 1.0 | 1-2.0 | 1.3 | 0.1-1.0 | 0.001 | 0.01 |
| Сурьма | - | - | |||||
| Хром | 0.1 (0.05) | - | 0.06 | 0.1 | 0.1-0.5 | 0.001 | 0.3? |
| Бром | 0.2 | - | - | - | 0.2 | - | 0.1 |
| Висмут | 0.1 | - | - | - | 0.5 | - | - |
| Кремний | - | - | - | - | 1.5 | - | - |
| Литий | 0.03 | - | - | - | 0.03 | - | - |
| Ниобий | 0.01 | - | - | - | - | - | - |
| Алюминий | - | 0.5 | 0.2 | 0.05-0.2 | 0.2 | 0.08 | - |
| Барий | 0.1 | - | 0.7 | 1.0 | 0.6 | - | - |
| Ванадий | 0.1 | - | - | - | 0.1 | 0.001 | 0.001 |
| Вольфрам | 0.1 | - | - | - | 0.5 S | - | - |
| Марганец | 0/1 | 0/1 | 0/5 | - | 1-10 | - | 0.01 |
| Стронций | 7/0 | - | - | - | 2-13 | - | - |
| Железо | 0/3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.5 | 0.05 | - |
| уран 238 | 1.7х10 -6 г/л | - | - | - | - | - | - |
| Торий | - | - | - | - | 0.1? | - | - |
| Радон | - | - | - | 100бк/м 3 воздух | 1.85 бк/л | - | - |
| цезий 137 | 560 бкр/л | - | - | - | - | - | - |
| иод 131 | 74 бкр/л | - | - | - | - | - | - |
| Полоний 210 | 27 бкр/л | - | - | - | - | - | - |
| Сульфат-ион | - | 500.0 | 250.0 | 250.0 | 500.0 | 100.0 | - |
| Хлор | - | 350.0 | 250.0 | 250.0 | 300.0 | 300.0 | - |
| рН | - | 6-9 | 6.5-8.5 | - | - | 6.5-8.5 | - |
| Магний | - | - | - | 0.1 | 15.0 | 50.0 | - |
| Минерали- зация | - | 1000.0 | 1000.0 | 500.0 | - | - | - |
| Жесткость | - | 7.0 | - | - | - | - | - |
По нормам радиоактивной безопасности НРБ-99. для урана норма 04 - 1.7 х 10 -6 г/л, или 17 мкг/л
* Свирко, В. Г., Розанов 1984, С.Р. Крайнов и В.М. Швец 1987г777.
** ГОСТ РФ № 2874-82г «Вода питьевая
*** Руководство Всемирной организации здравохранения?? 1992г
**** Стандарты питьевой воды, США, «Экологический вестник России» № 5, 1998г.
***** Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А «Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде» Справочник, Химия, Л. 1985г.
******* «Требования к экогеологическим исследованиям и картографии» м-ба 1:200 000. М. 1990г.
Классы опасности тяжелых металлов
Загрязняющие вещества по опасности делятся на классы (ГОСТ 17.4.1.0283): I класс (высоко опасные) – As, Cd, Hg, Se, Pb, F, бенз(а)пирен, Zn; II класс (умеренно опасные) – B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr; III класс (мало опасные) – Ba, V, W, Mn, Sr, ацетофенон.
Загрязнение почв тяжелыми металлами
Тяжелые металлы (ТМ) уже сейчас занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно опережая такие широко из- вестные загрязнители, как двуокись углерода и серы. В перспективе они могут стать более опасными, чем отходы атомных электростанций и твер- дые отходы. Загрязнение ТМ связано с их широким использованием в про- мышленном производстве. В связи с несовершенными системами очистки ТМ попадают в окружающую среду, в том числе и в почву, загрязняя и от- равляя ее. ТМ относятся к особым загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах. Почва является основной средой, в которую попадают ТМ, в том числе из атмосферы и водной среды. Она же служит источником вторичного за- грязнения приземного воздуха и вод, попадающих из нее в Мировой океан. Из почвы ТМ усваиваются растениями, которые затем попадают в пищу. Термин «тяжелые металлы», характеризующий широкую группу за- грязняющих веществ, получил в последнее время значительное распростра- нение. 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 харак- теристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные цик- лы. В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природ- ной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 элементов периодической системы Д.И. Менде- леева с атомной массой свыше 40 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. По классификации Н. Реймерса (1990), тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3 . При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следую- щие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относитель- но низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и био- магнификации. Практически все металлы, попадающие под это определе- 7 ние (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологиче- ских процессах, входят в состав многих ферментов. Самыми мощными поставщиками отходов, обогащенных металлами, являются предприятия по выплавке цветных металлов (алюминиевые, гли- ноземные, медно-цинковые, свинцово-плавильные, никелевые, титано- магниевые, ртутные и др.), а также по переработке цветных металлов (ра- диотехнические, электротехнические, приборостроительные, гальваниче- ские и пр.). В пыли металлургических производств, заводов по переработке руд концентрация Pb, Zn, Bi, Sn может быть повышена по сравнению с лито- сферой на несколько порядков (до 10–12), концентрация Cd, V, Sb – в де- сятки тысяч раз, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag – в сотни раз. Отходы предпри- ятий цветной металлургии, заводов лакокрасочной промышленности и же- лезобетонных конструкций обогащены ртутью. В пыли машиностроитель- ных заводов повышена концентрация W, Cd, Pb (табл. 1). Таблица 1 Основные техногенные источники тяжелых металлов Источники тяжелых металлов Элементы Цветная металлургия Pb, Zn, Cu, Hg, Mn, Sb, W, Co, Cd Черная металлургия Ni, Mn, Pb, Cu, Zn, W, Co Энергетика As, Sb, Se Нефтяная промышленность Pb, Cu, Ni, Zn, Mn Сжигание угля Sb, As, Cd, Cr, Mo Сжигание нефти As, Pb, Cd Под влиянием обогащенных металлами выбросов формируются ареалы загрязнения ландшафта преимущественно на региональном и локальном уровнях. Влияние предприятий энергетики на загрязнение окружающей среды обусловлено не концентрацией металлов в отходах, а их огромным количеством. Масса отходов, например, в промышленных центрах, превы- шает их суммарное количество, поступающее от всех других источников загрязнения. С выхлопными газами автомобилей в окружающую среду вы- брасывается значительное количество Pb, которое превышает его поступле- ние с отходами металлургических предприятий. Пахотные почвы загрязняются такими элементами как Hg, As, Pb, Cu, Sn, Bi, которые попадают в почву в составе ядохимикатов, биоцидов, сти- муляторов роста растений, структурообразователей. Нетрадиционные удоб- рения, изготовляемые из различных отходов, часто содержат большой на- бор загрязняющих веществ с высокими концентрациями. Из традиционных минеральных удобрений фосфорные удобрения содержат примеси Mn, Zn, Ni, Cr, Pb, Cu, Cd (Гапонюк, 1985). 8 Распределение в ландшафте металлов, поступивших в атмосферу из техногенных источников, определяется расстоянием от источника загрязне- ния, климатическими условиями (сила и направление ветров), рельефом ме- стности, технологическими факторами (состояние отходов, способ поступ- ления отходов в окружающую среду, высота труб предприятий). Рассеивание ТМ зависит от высоты источника выбросов в атмосферу. Согласно расчетам М.Е. Берлянда (1975), при высоких дымовых трубах значительная концентрация выбросов создается в приземном слое атмосфе- ры на расстоянии 10–40 высот трубы. Вокруг таких источников загрязнения выделяются 6 зон (табл. 2). Площадь воздействия отдельных промышлен- ных предприятий на прилегающую территорию может достигать 1000 км 2 . Таблица 2 Зоны загрязнения почв вокруг точечных источников загрязнения № п/п Зона Расстояние от источника за- грязнения в км Превышение содер- жания ТМ по отно- шению к фоновому 1 Охранная зона предприятия 0,5–0,75 100 2 Зона I 0,75–1,5 200–50 3 Зона II 2–8 50–10 4 Зона III 4–15 5–2 5 Зона IV 8–20 5–2 6 Фон 20–50 1 Зоны загрязнения почв и их размер тесно связаны с векторами господ- ствующих ветров. Рельеф, растительность, городские постройки могут из- менять направление и скорость движения приземного слоя воздуха. Анало- гично зонам загрязнения почв можно выделить и зоны загрязнения расти- тельного покрова.
МИГРАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕННОМ ПРОФИЛЕ
Аккумуляция основной части загрязняющих веществ наблюдается пре- имущественно в гумусово-аккумулятивном почвенном горизонте, где они связываются алюмосиликатами, несиликатными минералами, органическими веществами за счет различных реакций взаимодействия. Состав и количество удерживаемых в почве элементов зависят от содержания и состава гумуса, кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий, сорбцион- ной способности, интенсивности биологического поглощения. Часть тяже- лых металлов удерживается этими компонентами прочно и не только не уча- ствует в миграции по почвенному профилю, но и не представляет опасности 9 для живых организмов. Отрицательные экологические последствия загрязне- ния почв связаны с подвижными соединениями металлов. В пределах почвенного профиля техногенный поток веществ встречает ряд почвенно-геохимических барьеров. К ним относятся карбонатные, гип- совые, иллювиальные горизонты (иллювиально-железисто-гумусовые). Часть высокотоксичных элементов может переходить в труднодоступные для растений соединения, другие элементы, мобильные в данной почвенно- геохимической обстановке, могут мигрировать в почвенной толще, пред- ставляя потенциальную опасность для биоты. Подвижность элементов в значительной степени зависит от кислотно-основных и окислительно- восстановительных условий в почвах. В нейтральных почвах подвижны со- единения Zn, V, As, Se, которые могут выщелачиваться при сезонном про- мачивании почв. Накопление подвижных, особо опасных для организмов соединений элементов зависит от водного и воздушного режимов почв: наименьшая ак- кумуляция их наблюдается в водопроницаемых почвах промывного режи- ма, увеличивается она в почвах с непромывным режимом и максимальна в почвах с выпотным режимом. При испарительной концентрации и щелоч- ной реакции в почве могут накапливаться Se, As, V в легкодоступной фор- ме, а в условиях восстановительной среды – Hg в виде метилированных со- единений. Однако следует иметь в виду, что в условиях промывного режима по- тенциальная подвижность металлов реализуется, и они могут быть вынесе- ны за пределы почвенного профиля, являясь источниками вторичного за- грязнения подземных вод. В кислых почвах с преобладанием окислительных условий (почвы под- золистого ряда, хорошо дренированные) такие тяжелые металлы, как Cd и Hg, образуют легкоподвижные формы. Напротив, Pb, As, Se образуют ма- лоподвижные соединения, способные накапливаться в гумусовых и иллю- виальных горизонтах и негативно влиять на состояние почвенной биоты. Если в составе загрязняющих веществ присутствует S, в восстановительных условиях создается вторичная сероводородная среда и многие металлы об- разуют нерастворимые или слаборастворимые сульфиды. В заболоченных почвах Mo, V, As, Se присутствуют в малоподвижных формах. Значительная часть элементов в кислых заболоченных почвах при- сутствует в относительно подвижных и опасных для живого вещества фор- мах; таковы соединения Pb, Cr, Ni, Co, Cu, Zn, Cd и Hg. В слабокислых и нейтральных почвах с хорошей аэрацией образуются труднорастворимые соединения Pb, особенно при известковании. В нейтральных почвах под- вижны соединения Zn, V, As, Se, а Cd и Hg могут задерживаться в гумусо- вом и иллювиальных горизонтах. По мере возрастания щелочности опас- ность загрязнения почв перечисленными элементами увеличивается.
Тяжелые металлы
Наибольшую опасность для состояния окружающей среды и здоровья человека представляет загрязнение воздушного бассейна. Перенос загрязняющих веществ на большие расстояния осуществляется главным образом за счет общей циркуляции атмосферы. Поступающие в нее примеси могут распространяться воздушными потоками на расстояние от нескольких сотен до нескольких тысяч километров. Так, например, тяжелые металлы в виде аэрозолей при среднем времени их пребывания в нижней тропосфере, равном 5 суткам, могут быть перенесены на расстояние до3000 км, а в верхней тропосфере и на значительно большее расстояние.
В вещественном составе атмосферных загрязнителей — оксиды углерода, серы, азота, тяжелые металлы, углеводороды, летучие органические соединения, пыль, радиоактивные элементы, болезнетворные микроорганизмы и т.д. Удельный вес различных примесей в загрязнении окружающей среды не является одинаковым. Существуют данные Баттелевского института о том, что в 1970–1971 гг. первое место во «вкладе» отдельных веществ в загрязнение окружающей среды занимали тяжелые металлы (Новиков и др., 1978). Л.Г. Бондарев (Бондарев, 1984) приводит данные о вещественном составе золы ископаемого топлива. Так, в каменноугольной золе установлено наличие 70 элементов: в 1 т золы в среднем содержится по200 гцинка и олова,300 гкобальта,400 гурана, по500 ггермания и мышьяка, максимальное содержание стронция, ванадия, цинка и германия может достигать10 кгна 1 т. Зола нефти содержит много ванадия, молибдена, никеля. Зола торфа — уран, кобальт, медь, никель, цинк, свинец.
Металлы содержатся в большинстве видов промышленных, энергетических и автотранспортных выбросов в атмосферу и являются индикаторами техногенного воздействия этих выбросов на окружающую среду (Ревич и др., 1990; Трофимов и др., 2002).
Негативное влияние тяжелых металлов на живые организмы и здоровье человека проявляется не только в прямом воздействии высоких концентраций, но и в отдаленных последствиях, связанных с их кумулятивным эффектом (Вредные…, 1988, 1989; Ревич и др., 1990; Протасов и др., 1995). Таким образом, тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.
В современной литературе существуют различные точки зрения о том, какие элементы можно отнести к тяжелым металлам. В химической и технической литературе критериями для выделения тяжелых металлов служат их атомная масса и плотность. Так, в «Справочнике по элементарной химии» под ред. А.Т. Пилипенко (Справочник…, 1977) к тяжелым металлам отнесены элементы Периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц и плотностью более 5 г/см3, т.е. большей, чем у железа (Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sn, Sb, V, Hg и др.). Таких элементов насчитывается 43. Десять из них наряду с металлическими свойствами обладают признаками неметаллов (представители главных подгрупп VI, V, IV, III групп Периодической системы, являющиеся р-элементами). Ю.В. Алексеев (Алексеев, 1987) предлагает считать тяжелыми металлы с атомной массой более 40.
В геоэкологии и природопользовании, кроме физико-химических, свойств элементов, учитывается их токсичность для живых организмов, стойкость и способность накапливаться во внешней среде. Ю.А. Израэль к тяжелым металлам, контроль за которыми необходимо производить в биосферных заповедниках, относит Pb, Hg, Cd, As (Израэль, 1979). По решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов (Европейская экономическая комиссия ООН), занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, к тяжелым металлам отнесены Zn, As, Se и Sb. По классификации Н.Ф. Реймерса (Реймерс, 1990, 1992), тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3 и обладающих токсическим воздействием на живые организмы. К таким Н.Ф. Реймерс относит Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных исследованиях геоэкологического характера к этому списку добавляются обычно Ag, W, Fe, Mn, V и некоторые другие элементы.
Суммируя сведения литературных источников, можно выделить следующие свойства тяжелых металлов с геоэкологической точки зрения (Израэль, 1979; Реймерс, 1990, 1992; Никитин, 2000; Трофимов и др., 2002):
- высокая биохимическая активность большинства тяжелых металлов;
- токсичность – отрицательное воздействие на физиологические функции организмов, состояние жизнеобеспечивающих природных сред всех тяжелых металлов в повышенных (токсических) концентрациях;
- высокая кумулятивная способность (тенденция к биоконцентрированию); трудность выведения из организма и окружающей среды;
- высокая миграционная способность;
- атомная масса выше 40, плотность более 5 г/см3.
Все загрязняющие вещества в соответствии подразделяются на классы токсикологической опасности по степени вредного воздействия на здоровье человека (табл. 1).
Таблица 1. Классы опасности (токсичности) элементов (СанПиН 2.1.7.1287-03)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ СЕЛЬХОЗУГОДИЙ И ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА
(издание 2-е, переработанное и дополненное)
Зам. Министра сельского хозяйства Российской Федерации А.Г.Ефремов
10 марта 1992 г.
B настоящих методических указаниях изложены методы отбора проб, подготовки их к анализам и определения тяжелых металлов (цинка, меди, свинца, кадмия и ртути) в пробах почв, продукции растениеводства и кормах.
Методические указания предназначены для использования в работе проектно-изыскательских станций химизации сельского хозяйства и их филиалов и других учреждений, определяющих содержание тяжелых металлов в указанных объектах.
При переработке методических указаний учтены замечания Калининградской, Красноярской, Сумской, Херсонской, Хабаровской областных и Эстонской республиканской станций химизации.
Методические указания подготовили: канд. хим. наук А.В.Кузнецов, канд. с.-х. наук А.П.Фесюн, канд. с.-х. наук С.Г.Самохвалов (ЦИНАО); канд. физ.-мат. наук Э.П.Махонько (НПО "Тайфун").
Первая редакция методических указаний утверждена заместителем Председателя Госагропрома СССР Г.А.Романенко 16.01.89 г.
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. В последние годы уделяется особое внимание проблеме загрязнения окружающей природной среды тяжелыми металлами (ТМ) и другими токсичными элементами.
В связи с возрастающими масштабами техногенного загрязнения окружающей среды ряд тяжелых металлов и токсичных элементов включен в международные и отечественные списки загрязняющих веществ, подлежащих контролю.
По степени опасности химические элементы подразделяются на три класса (ГОСТ 17.4.1.02-83) [1]:
1 - вещества высокоопасные;
2 - вещества умеренноопасные;
3 - вещества малоопасные.
Отнесение химических веществ, попадающих в почву из выбросов, сбросов, отходов, к классам опасности
Мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, бенз(а)пирен
Бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром
Барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций, ацетофенон
Класс опасности химических веществ устанавливается не менее чем по трем показателям в соответствии с приложением 1.
1.2. Специалисты агрохимической службы, научно-исследовательских институтов, проектно-изыскательских станций химизации сельского хозяйства и их филиалов, районных и межрайонных агрохимических лабораторий осуществляют систематический контроль за загрязнением почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства тяжелыми металлами в следующих случаях:
1.2.1. При использовании отходов промышленности и коммунального хозяйства в качестве средств химизации сельского хозяйства - известьсодержащие отходы, фосфогипс, осадки сточных вод, компосты из твердых бытовых отходов (ТБО);
1.2.2. При комплексной природоохранной оценке технологий использования средств химизации, в первую очередь при комплексном агрохимическом окультуривании полей;
1.2.3. При интенсивном загрязнении почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства выбросами промышленных отходов предприятий, определенном на основании данных инвентаризации источников загрязнения;
1.2.4. При использовании сточных вод, содержащих ТМ и другие токсичные примеси, для орошения сельскохозяйственных угодий.
1.3. Работы по контролю за использованием отходов сточных вод и загрязнением почв сельскохозяйственных угодий техногенными выбросами (п.1.2.1-1.2.3.) проводятся, как правило, по договорам с предприятиями, являющимися источниками загрязнения, а при проведении природоохранной оценки технологий использования средств химизации сельского хозяйства (п.1.2.4.) - по договорам с областными (краевыми, АССР) агропромышленными объединениями.
2. ПЛАНИРОВАНИЕ РАБОТ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ, ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА И КОРМАХ
2.1. Работы по определению содержания ТМ в почвах, продукции растениеводства и кормах проводятся проектно-изыскательскими станциями химизации сельского хозяйства и их филиалами по программам, согласованным с республиканскими объединениями "Сельхозхимия", республиканскими и региональными научно-методическими центрами и областными (республиканскими, краевыми) агропромышленными объединениями.
Работа включается в производственно-финансовый план станции химизации и оплачивается в соответствии с утвержденными нормами выработки и расценками.
2.2. Для обоснованного планирования работ по выявлению и предотвращению накопления ТМ и других токсичных элементов в почве сельскохозяйственных угодий, продукции растениеводства и кормах с целью безопасного и высокопроизводительного ведения сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения проектно-изыскательские станции химизации должны располагать полной информацией о предприятиях - источниках загрязнения и используемых и планируемых к использованию в качестве средств химизации отходах.
2.3. В первую очередь обращается внимание на известь и гипссодержащие отходы (их смеси), отходы промышленности и коммунального хозяйства, используемые в качестве органических удобрений, отходы, применяемые как макро- и микроудобрения. При этом учитывается значимость каждого вида отхода для использования в условиях области (АССР, края, зоны обслуживания).
Проводится максимально возможный сбор информации о физических свойствах, химическом составе отходов, наличии токсичных элементов.
2.4. Планирование работ по изучению загрязнения почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства токсичными выбросами предприятий осуществляется на основании следующих показателей:
- снижения урожайности и ухудшения качества урожая сельскохозяйственных культур;
- изменения роста и развития растений;
- негативного влияния выбросов на состояние почвенного плодородия (физико-химические свойства почвы, воздействие на почвенную микрофлору и фауну и др.).
С этой целью проводится сбор информации о выбросах промышленных предприятий. Материалы по запросу областного (краевого, АССР) агропромышленного объединения получают на предприятиях-источниках загрязнения, областных (районных) санитарно-эпидемиологических станциях.
Возможно использование материалов областных (краевых, АССР) территориальных схем охраны природы (ТЕРСКОП), которые в настоящее время составлены для многих областей (материалы имеются в облисполкомах, санэпидемстанциях).
2.5. Проводится оценка существующих условий воздушного переноса промышленных выбросов за длительный период, для чего по данным местных метеостанций строится "роза ветров", а также за период вегетации растений.
Особое внимание уделяется предприятиям цветной и черной металлургии, энергетики, горнодобывающей и химической промышленности.
3. ОТБОР ПРОБ ПОЧВЫ И РАСТЕНИЙ ПРИ ОБЩИХ И ЛОКАЛЬНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЯХ
3.1. Общие положения
Термины и определения, используемые в методических указаниях, и их пояснения приведены в приложении 2.
Отбор проб почвы и растений проводится в районах воздействия промышленных, сельскохозяйственных, хозяйственно-бытовых и транспортных источников загрязнения при контроле санитарно-гигиенического состояния с.-х. угодий и растительной продукции.
3.2. Аппаратура, материалы, реактивы:
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 19596-87. - Примечание изготовителя базы данных.
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 23707-95. - Примечание изготовителя базы данных.
- ножи из полиэтилена или полистирола;
- сита почвенные с диаметром отверстий 2 мм по ГОСТ 3584-73*;
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 6613-86. - Примечание изготовителя базы данных.
- ступки и пестики фарфоровые по ГОСТ 9147-80;
- банки стеклянные широкогорлые с притертыми пробками вместимостью 500, 800, 1000 см;*
* Текст соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.
- банки или коробки из пищевого полиэтилена, полистирола;
- шпатели металлические по ГОСТ 19126-79*;
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 19126-2007, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.
- шпатели пластмассовые по ГОСТ 19126-79;
- бумага оберточная по ГОСТ 8273-75;
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 892-89. - Примечание изготовителя базы данных.
- пакеты или пленка полиэтиленовая;
- сушильный шкаф, обеспечивающий поддержание заданного температурного режима 40-150 °С с погрешностью ±5 °С;
- вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.
Инструменты, используемые при отборе проб, должны быть тщательно очищены от ржавчины. Не следует употреблять оцинкованные ведра, медные изделия, эмалированные тазы, окрашенные инструменты, содержащие тяжелые металлы.
Особого внимания заслуживает правильный выбор упаковочного материала для предотвращения загрязнения тяжелыми металлами проб, взятых в поле. Пробы почв помещают в мешочки из отбеленной хлопчатобумажной ткани. Мокрые пробы отбирают в полиэтиленовые мешочки и после доставки с поля незамедлительно сушат в проветриваемом помещении.
3.3. Отбор проб почвы
3.3.2. Образцы почв отбираются два раза в год: весной - после схода снега и осенью - во время уборки урожая. Для контроля загрязнения ТМ отбор проб почв проводят не менее 1 раза в 3 года.
3.3.3. В каждом хозяйстве обследуется 3-5 полей занятых основными культурами. Размер пробной площадки при однородном почвенном покрове колеблется от 1 до 5 га, а при неоднородном почвенном покрове - от 0,5 до 1 га. С каждой из этих площадок отбирается не менее 1 объединенной пробы.
3.3.4. На пахотных почвах точечные пробы отбирают на глубину пахотного слоя, на сенокосах и пастбищах - на глубину до 25 см через интервалы 0-5, 5-10, 10-20 (25) см. Для контроля загрязнения легкомигрируюшими веществами точечные пробы отбирают по генетическим горизонтам на всю глубину почвенного профиля [3]. При отборе проб под зерновыми и пропашными культурами, а также под виноградниками необходимо в равной мере захватить рядки и междурядья. В садах пробы отбирают примерно в 1 м от ствола дерева.
Читайте также: