Металлы и окружающая среда

Обновлено: 03.07.2024

1. Сформировать у учащихся представления о специфических свойствах металлов и их двойственной роли в природной среде, о последствиях техногенного воздействия металлов или их соединений на биологические системы.

2. Раскрыть причины загрязнения окружающей среды металлами, указать основные источники и степень загрязненности.

1. Изучить экспериментальным путем действия тяжелых металлов на биогенные организмы.

2. Научить учащихся самостоятельно добывать знания в ходе исследования.

3. Определять проблемную ситуацию, находить пути её решения.

4.Формировать умения и навыки комплексного осмысления знаний в химии, биологии, экологии.

5. Закрепить, расширить знания учащихся о металлах, общих свойствах.

6. Продолжить формирование умений анализировать ситуацию и делать прогнозы

продолжить формирование навыков исследовательской деятельности;

7. Напомнить учащимся правила техники безопасности при работе в кабинете химии.

После урока учащиеся должны знать:

• двойственную роль металлов в природе;

• причины, источники и основные способы предупреждения загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами;

• влияние металлов на состояние здоровья человека.

После урока учащиеся должны уметь:

проводить качественные реакции на ионы металлов;

• решать задачи с экологическим содержанием;

Тип урока: урок – конференция.

Методы и приемы:

словесные: беседа, подготовка учениками творческих работ и выступление с ними; практические: демонстрация опыта учителем и лабораторная работа учащихся в парах;

логические: постановка проблемы, выводы (см приложение №1)

Реактивы и оборудование: раствор белка, хлорид натрия, сульфат меди, нитрат свинца; пробирки; презентация Power Point к уроку.

1. Организационный момент.

2.Формирование новых знаний.

а) Постановка темы и учебной цели. Вступительное слово учителя.

б) Изучение нового материала.

3.Применение новых знаний.

а) Лабораторная работа «Исследование влияния ионов тяжелых металлов на биологические системы».

б) Решение задач с экологическим уклоном.

4. Обобщение и систематизация знаний.

5. Подведение итогов урока. Рефлексия.

Ход урока

1. Организационный момент.

Эпиграф: Должны мы на уроке истину установить,

При этом формулы, законы не забыть.

Эксперимент сначала проведем,

Подумаем, помыслим и теорию учтем.

Дерзая, споря, новое откроем

И постепенно нужное усвоим. (слайд презентации)

2. Формирование новых знаний.

а) Постановка темы и учебной цели . Вступительное слово учителя.

Загрязнение окружающей среды – бич нашего времени. Недаром 2004 г. был объявлен годом защиты и охраны окружающей среды. Экологические проблемы уже в течение многих последних лет не только не теряют своей актуальности, но с каждым годом становятся острее. Поэтому задачи сегодняшнего урока:

- раскрытие причин загрязнения окружающей среды металлами, определение основных источников и степени загрязненности;

изучение экспериментальным путем действия тяжелых металлов на биогенные системы;

- ознакомление с основными направлениями по предупреждению загрязнения окружающей среды металлами.

Ваша задача – в конце урока подготовить репортаж о нем, т.е. выступить в роли журналиста. А журналист должен понимать то, о чем он пишет. Поэтому на уроке будьте активны и внимательны.

Л/р: «Исследование влияния ионов тяжелых металлов на биологические системы»

1. В пробирках находится раствор белка.

1. В первую пробирку добавьте 1 мл раствора NaCL, а во вторую – 1 мл раствора CuSO_4. Что наблюдали?

2. Сделайте выводы.

3. Заполните таблицу

1 ученик : «Причины, источники и объемы загрязнения окружающей среды металлами»

Дополнение учителя : ионы тяжелых металлов - кадмия, ртути, свинца - попадая по вине промышленных предприятий в почву и воду, а затем в наш организм, становятся поражающим фактором, отравляющим наш организм.

2 ученик : «Медь»

Дополнение учителя : прямо или косвенно медь участвует в большинстве обменных процессов и является их главным регулятором. Малые дозы меди влияют на обмен углеводов в организме (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора) и других. Увеличение содержания меди в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе гемоглобина. В Сирии и Египте новорожденным для профилактики рахита надевают медные браслеты.

Выполнение Л/р : к раствору белка добавить сульфат меди. Оформление таблицы. (Инструктаж учителя по правилам техники безопасности при работе с реактивами).

3 ученик : «Цинк»

Дополнение учителя : «Двуликий Янус» - стимулирует деление клеток и заживление пораженных тканей, но и в то же время способствует образованию раковых опухолей.

4 ученик : «Свинец»

Дополнение учителя : в Древнем Риме исключительно широко использовали свинец. В частности из него были изготовлены водопроводные трубы, а сплавы, содержащие свинец стали основным материалом для производства посуды.

Естественно, что водопровод был только в богатых домах. Поэтому в организмах представителей высших слоев общества происходило постоянное накопление чрезмерных количеств свинца – это подтвердили исследования захоронений того времени.

А ведь даже малые концентрации свинца в организме ведут к снижению умственных способностей. В Германии были проведены исследования, которые доказали, что у детей, которые долго жили в близи производств, использующих свинец, умственные способности значительно ниже, чем у их сверстников, живущих в экологически чистых районах. Один из немецких исследователей видит рост симптомы свинцового отравления в росте насилия, преступности, характерном для современных больших городов.

«Кто бессильной воды попьет – вовсе ослабеет»

Выполнение Л/р (выполняется демонстративно учителем): к раствору белка добавляем нитрат свинца. Учащиеся самостоятельно в третью пробирку добавляют хлорид натрия. Оформление таблицы.

5 ученик : «Кадмий»

Дополнение учителя : в организм поступает через органы дыхания, вызывает дерматиты, кашель, отдышку.

6 ученик: «Ртуть»

Дополнение учителя : Используется в производстве люминесцентных ламп, в ртутных насосах, для извлечения золота и серебра. Накапливается в печени и почках.

Тяжелым и вредным был труд древних горняков, добывающих ртуть. У Киплинга есть такие строки «Я худшую смерть предпочту работе на ртутных рудниках, где крошатся зубы во рту…». До сих пор в лабиринтах горных выработок можно встретить множество скелетов. Дорогой ценой приходилось расплачиваться тем, кто пытался проникнуть к ртутным сокровищам.

7 ученик: «Автомобиль и окружающая среда».

Дополнение учителя : Опасно употреблять в пищу плоды растений, растущих вдоль автострад. Эти растения накапливают огромные дозы свинца. После того как свинец был обнаружен в молоке коров, которые паслись возле шоссе, и в детском питании, произведенном из него, в большинстве стран Европы запретили устраивать пастбища в придорожной зоне.

Ухудшение экологической обстановки влияет на здоровье человека, вызывает резкий рост различных заболеваний.

В связи с этим возникает проблема охраны окружающей среды. Эта проблема каждый год становится всё острее.

Не исключено, что в ближайшем будущем кто-то из вас должен будет брать на себя ответственность за решение тех или иных производственных проблем, которые напрямую связаны с состоянием окружающей среды. Следующее о чем мы с вами поговорим, это природоохранные мероприятия.

Для уменьшения вредного воздействия на окружающую среду используют системы очистки газов и сточных вод и переработку твердых отходов. Для химической очистки газы пропускают через специальные растворы реагентов, а также окисляют или восстанавливают загрязняющие вещества в присутствии катализаторов до безвредных продуктов. Для очистки вод используют различные физические, химические и биологические методы. Наиболее простым методом в быту является кипячение.

Наилучшим решением проблем загрязняющей среды должны стать безотходные производства, не имеющие сточных вод, газовых выбросов и твердых отходов. В настоящее время создаются малоотходные производства, в которых выбросы вредных веществ не превышают ПДК, а отходы не приводят к необратимым изменениям природы.

Используется комплексная переработка сырья, совмещение нескольких производств, применение твердых отходов для изготовления строительных материалов. Создаются новые технологии и материалы, экологически чистые виды топлива, новые источники энергии, снижающие загрязнение окружающей среды.

3. Применение новых знаний .

б) Решение задач с экологическим содержанием.

1. Вы – заместитель директора фабрики резиновых игрушек. Вам предложили новую краску, содержащую кадмий, более дешевую и яркую, чем без кадмия, которая есть на фабрике. В результате её использования фабрика получит большую прибыль. Как вы поступите, если знаете о токсичности красителей, содержащих кадмий?

- Согласитесь с директором на покупку новой краски;

- будете против этого решения;

- пойдете на компромисс и предложите выпускать50% игрушек с использованием новой краски и 50% - старой.

2. В комнате был случайно разбит медицинский термометр.

- Предложите возможные способы удаления разлившейся ртути.

- Как зависит токсичность ртути от её химического состояния?

3.В молочной продукции известной компании, выпускающей детское питание, были обнаружены ионы свинца. Каким образом они могли попасть и как решить эту проблему?

4. Обобщение и систематизация знаний.

Отвечать надо «да», если вы согласны со мной, и «нет», если не согласны.

1) Одним из источников загрязнения атмосферы является автотранспорт.

2) Только завышенное содержание ионов металлов в организме вызывает различные болезни.

3) Ионы тяжелых металлов разрушают структуру белка.

4) Присутствующие в воздухе пары ртути вызывают поражение центральной нервной системы.

5) Питьевую воду надо хранить в оцинкованной посуде.

Подведение итогов урока. Рефлексия.

Дополнение учителя :

Наш урок подошел к концу. Что вам больше всего удалось? За что вы можете себя похвалить? Что не удалось?

Заключительное слово учителя.

1. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. – М.: ФАИР – Пресс, 2003

2. Пекшева Н.П. Химия металлов. Учебное пособие. – Красноярск, 1987

3. Ртуть. Экологические аспекты применения. – М.: Медицина, 1992

4. Свинец в окружающей среде. – М.: наука, 1987

5. Человек и среда его обитания. Хрестоматия. Под ред. Г.В.Лисичкина и Н.Н.Чернова. М., Мир, 2003

6. Смирнов Н.К. Здоровьесберегающие образовательные технологии в работе учителя и школы. – М.: АРТИ, 2003.-272с.

Загрязнение тяжелыми металлами окружающей среды

Серьезные экологические проблемы в городах вызывает загрязнение тяжелыми металлами, а это свыше 40 элементов таблицы Менделеева. В малых дозах они зачастую даже необходимы организму. Однако при превышении допустимых уровней эти вещества вызывают отравление, болезни и мутации.

Тяжелые металлы — загрязнители природной среды

Главный источник тяжелых металлов – промышленность. Выбросы проникают в водоемы, атмосферу, почву, а из нее – в сельхозкультуры. Самые токсичные – свинец, ртуть, мышьяк, кадмий и хром.

Ртуть

Ртути присвоен I класс опасности. Ее естественное состояние в земной коре – безвредные сульфидные остатки, но вследствие атмосферных процессов возникло загрязнение мирового океана. В нем было обнаружено 50 млн. т ртути. Если 5 000 т/год – естественный вынос, то еще столько же – результат деятельности человека.

В мире создается свыше 10 000 т ртути в год. В океане ртуть под воздействием анаэробов превращается в метилртуть и диметилртуть, опасные для всего живого. Метилртуть с кровью поступает в мозг, разрушая его, проникает в плаценту. При проглатывании и вдыхании паров металлической ртути чернеют и крошатся зубы. Ртутные соли просачиваются сквозь кожу, разъедая ее и слизистые.

Свинец

Свинцу присвоен I классу опасности. Он выделяется при выплавке из руды. Каждый год в мире используется до 180 000 т свинца, а наибольшее загрязнение наблюдается на автомобильных выхлопных газах. При движении машины в атмосферу выбрасывается свинец содержащийся в бензине. Основная масса оседает на землю, но часть остается в воздухе.

Еще свинцовая пыль покрывает почву в промышленных зонах. Другие источники загрязнения – угольные электростанции и бытовые печи, глиняная посуда с глазурью, красящие пигменты.

Неорганические соединения свинца расстраивают метаболизм, металл может замещать кальций в костях. Органические еще более токсичны.

Кадмий и цинк

1 млн. кг кадмия ежегодно выбрасывается в атмосферу вследствие его выплавки. Это 45% общего загрязнения. Другие 55% – следствие сжигания или переработки кадмийсодержащих изделий. Заводы по выплавке цинка – крупнейшие источники загрязнения данным металлом. Оба элемента проникают в водоемы, попадают в рыбу, скапливаются в печени и почках.

Значительные загрязнения цинком обнаруживаются вблизи автомагистралей. Источником загрязнения кадмием также являются удобрения. Элемент внедряется в растения, используемые в пищу, и отравляет организм. При этом кадмий намного токсичнее цинка, ему присвоен I класс опасности. Вдыхание воздуха, в котором его больше 5 мг/м3, в течение 8 ч. чревато смертью.

Сурьма, мышьяк, кобальт

Каждый год в мире производится около 70 т сурьмы. Она входит в состав сплавов, применяется для изготовления спичек, а в чистом виде идет на полупроводники. Хроническое отравление нарушает функции ЖКТ.

У мышьяка II класс опасности, он летучий и легко попадает в воздух. Сильнейшие источники загрязнения – гербициды, фунгициды и инсектициды. Элементарный мышьяк – слабый яд, но нарушает развитие плода. Отравление вызывает болезни ЦНС, изменения печени, атрофию костного мозга.

Кобальт задействуют в сталелитейном деле, изготовлении полимеров. Это элемент I класса опасности.

Медь и марганец

Медь относится ко II классу опасности. По воде и воздуху металл переносится на огромные расстояния. Аномальным содержание меди в почвах и растениях остается на расстоянии больше 8 км от плавильного завода. Ее излишки откладываются в тканях мозга, коже, печени, поджелудочной. Она провоцирует болезнь Вильсона.

У марганца тоже II класс опасности. Источники загрязнения – производства легированной стали, сплавов, электробатарей. Превышение нормы марганца в воздухе разрушает ЦНС.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами

Самые долгие последствия вызывает загрязнение почв тяжелыми металлами вследствие добычи, плавки руд, промышленных выбросов, применения удобрений. Особенно опасны кадмий, медь, свинец, цинк, поскольку они стойкие, биоаккумулятивные и токсичные.

Последствия загрязнения почвы

Из-за загрязнения почв металлами ухудшается рост и метаболизм почвенных микробов. Это может затруднить поглощение растениями питательных веществ из почвы. Плюс тяжелые металлы токсичны для растений. Все это приводят к замедлению роста, низкой урожайности.

Растения, накопившие токсиканты, могут поступать в пищу. Это опасно для здоровья. Еще они из почвы проникают в питьевую воду, вызывая болезни.

Рекультивация земель, загрязненных тяжелыми металлами

Перед рекультивацией земель, загрязненных тяжелыми металлами, важно выявить источник загрязнения, реализовать меры по его ликвидации и уменьшению выбросов. Только так достигается эффективность работ.

Рекультивация земельных участков проводится несколькими способами:

Выращивание устойчивых к загрязнению растений (колосовые зерновые, капуста, картофель, хлопчатник, свекла).
Фиторекультивация растениями, накапливающими металлы.
Контроль подвижности токсикантов в почве.
Регулирование соотношения элементов в почве.
Организация рекультивационного слоя.

Загрязнение водоемов тяжелыми металлами

Загрязнения нефтепродуктами и токсичными металлами ухудшают качество среды обитания водных биоресурсов. Они негативно влияют на кормовую базу рыб, выживаемость молоди и размножение взрослых особей.

Источники загрязнения водоемов – стоки горнодобывающих, металлургических заводов, химическая и легкая промышленность. Соли хрома сбрасывают фабрики по дублению кожи, хром с никелем используют для гальванического покрытия изделий из металла. Соединения цинка, кобальта, меди, титана – это красители.

Наибольшую опасность представляет загрязнение вод ртутью. При взаимодействии с микробами со дна образуются водорастворимые органические соединения высокой токсичности.

Некоторые металлы содержатся в пестицидах и удобрениях. Уровень загрязнения ими растет вследствие кислотных дождей, то есть закисления.

Предельно допустимые концентрации в воде

При оценке состояния экосистем учитывается загрязненность водных объектов токсичными веществами. Особенно опасны тяжелые металлы. Поэтому установлены их предельно допустимые концентрации, которые при ежедневном влиянии не допускают развития у людей патологий.

Металл	ПДК в обычной воде	ПДК в рыбохозяйственных прудах
Ртуть	0,5 мкг/л	до 0,1 мкг/л
Свинец	0,03 мг/л	0,1 мг/л
Кадмий	1 мкг/л	до 0,5 мг/л
Кобальт	0,1 мкг/л	0,01 мг/л
Марганец	0,1 мкг/л	0,1 мкг/л
Мышьяк	50 мкг/л	50 мкг/л
Медь	0,1 мкг/л	0,001 мг/л

Загрязнение атмосферы тяжелыми металлами

Техногенные выбросы металлов в виде аэрозолей поступают в атмосферу и переносятся на огромные расстояния, провоцируя глобальное загрязнение. С гидрохимическими стоками их часть попадает в бессточные водоемы, скапливается в воде и на дне. Это может вызвать вторичное загрязнение.

Металлы быстро распространяются в воде, выпадают в осадок в виде сульфатов и карбонатов и частично абсорбируются на органических осадках. При исчерпании абсорбционной способности осадков токсиканты проникают в воду, повышая ее кислотность, провоцируя зарастание водоемов и интенсивное выделение углекислого газа вследствие жизнедеятельности микроорганизмов.

Загрязнение пищевых продуктов тяжелыми металлами

Пищевые цепочки – один из основных путей поступления токсикантов в организм. Они начинаются от сельхозугодий и заканчиваются человеком. Растения поглощают металлы из почвы, в продукты животноводства они поступают через антибиотики, гормоны для стимуляции роста животных. Как конечное звено пищевой цепи, человек может получать еду с концентрация токсикантов до 1000 раз выше, чем в почвах.

Загрязнение пищевых продуктов происходит при готовке еды, контакте сырья с посудой во время термообработки. При консервировании жестяные банки становятся источником загрязнения свинцом. Он попадает в состав продуктов питания из свинцового припоя в швах.

Воздействие тяжелых металлов на организм человека

В индустриально-развитых странах наблюдается рост профессиональных болезней вследствие вредных производственных факторов. Это шум, вибрация от движущихся механизмов, воздействие электромагнитного поля, химических веществ. Наиболее опасны тяжелые металлы. При превышении допустимого уровня они становятся токсичными, откладываются в почках и печени, приводят к мутациям.

Распространенные заболевания на фоне интоксикации металлами:

Никель провоцирует астму, врожденные пороки.
Кобальт – некроз почечных канальцев, болезни легких.
Хром и бериллий – дерматиты.
Мышьяк – белокровие.
Кадмий – почечную дисфункцию, разрушение костей.
Цинк – остеопороз, цинковую лихорадку.
Медь – аутоиммунные нарушения, желтуху, гипертонический криз.
Молибден – ломкость костей, прекращение роста у детей.
Марганец – атеросклероз.
Ртуть – нарушения ЦНС, уродства.
Селен – выпадение волос и ногтей, внезапную смерть.
Ванадий – астму, нервные расстройства, изменение состава крови.
Таллий – нарушения метаболизма.

Мышьяк, бериллий, кобальт, никель, хром и кадмий – еще и канцерогенны. Большие концентрации этих металлов в организме могут вызывать рак.

Экологические проблемы металлургии в России

Экологические проблемы металлургического комплекса – это загрязнение воздуха, воды и земли из-за образования большого количества опасных отходов. Объемы извлечения металла увеличиваются с каждым днем, что приводит к образованию отходов и загрязняющих веществ. Расширяются производственные площади, близлежащие районы и земли страдают и не пригодны для ведения сельского хозяйства.

Основные угрозы и экологические проблемы металлургического комплекса

Экологические проблемы металлургической промышленности характеризуются, исходя из их воздействия. К ним относятся:

выделение токсичных газов;
загрязнение воздуха пылью, дымом;
загрязнение земель, вызванное процессом добычи полезных ископаемых;
утилизация или переработка отходов в горнодобывающей промышленности.

Например, газы, производимые металлургическими предприятиями, отрицательно влияют на здоровье человека. Что касается процесса добычи полезных ископаемых, то он приводит к накоплению пустой породы на поверхности земли, которая охватывает большие площади земли. А сильный ветер вызывает пылевые бури в здешних краях. В результате этого процесса образуются вредные газы, такие как NO и NO₂.

И это не все экологические проблемы цветной металлургии, а также черной металлургии. Сточные воды, образующиеся в процессе добычи полезных ископаемых, содержат ионы аммония, которые восстанавливаются микроорганизмами до NH₃ и являются токсичными по своей природе.

Вдыхание токсичных газов:

Вызывает отравление. Некоторые газы очень опасны при непрерывном дыхании или при более высокой концентрации, так как они содержат ядовитые пары или ядовитую пыль;
Газы, такие как SO2, вызывают раздражение, такое как чрезмерный поток слюны, а также раздражение глаз и дыхательных путей.
Ацетилен и некоторые другие, вызывают удушье. В более высокой концентрации в воздухе он вызывает смерть без других значительных физиологических эффектов.

Также, угарный газ вызывает особый случай асфиксии, поскольку он ухудшает сосудистый транспорт кислорода. Подсчитано, что только 0,1% CO в воздухе достаточно, чтобы убить человека за несколько минут удушьем.

Взрывопожарная угроза

При работе с газами, парами и расплавленными материалами, такими как расплавленные соли, шлаки, металлы, в металлургической промышленности могут происходить взрывы. Когда эти расплавленные материалы соприкасаются с водой, происходит взрыв.

Хотя безопасно заливать расплавленный шлак или расплавленный металл в воду для охлаждения, но обратное неверно. Расплавленные металлы опасны при контакте с водой из-за образования H₂S, который является взрывоопасным.

В подземных угольных шахтах природный газ является причиной взрыва. Также алюминиевый или железный порошок может загореться, если подвергнется окислению. Некоторые микроорганизмы катализируют реакцию окисления и выделяют тепло, которое может спровоцировать взрыв.

Загрязнение воздуха пылью и дымом

Химические реакции, происходящие в металлургическом процессе, приводят к образованию паров и дыма. Пыль образуется в результате механического истирания. Вдыхание пыли вызывает проблемы с легкими. Пыль, подобная асбесту, вызывает рак, поскольку она повреждает легкие, а также другие части тела. Пары и дым более опасны, чем пыль, из-за их небольшого размера и легкости, с которой они могут проникать в дыхательную систему организма.

Загрязнение земель, вызванное процессом добычи полезных ископаемых

Добыча полезных ископаемых — это процесс, посредством которого происходит извлечение ценного материала из земли. Она включает в себя в основном добычу тех полезных ископаемых, которые не могут быть сделаны искусственно или являются невозобновляемыми ресурсами. Но этот процесс может быть причиной многих экологических проблем, включая эрозию почвы, образование провалов, потерю биоразнообразия и загрязнение грунтовых и поверхностных вод.

Проблемы утилизации или переработки отходов в металлургии

Руды, полученные в процессе добычи, очищаются путем удаления нежелательных компонентов. Это причина больших проблем утилизации. Компоненты содержат пириты, которые подвергаются окислению и выделяют серную кислоту при воздействии воздуха или влаги.

Утилизация различных металлургических шлаков, образующихся в процессе извлечения, рафинирования и легирования металлов, является экологической проблемой. Потому что, если с ними не обращаться должным образом, они становятся огромным источником отходов. Поскольку рост индустриализации идет очень быстро, земля для заполнения этих земель шлаками сокращаются во всем мире.

Кроме того, отходы вызывают загрязнение воздуха, земли и воды. По мере того как шлаки производятся в большом количестве в пирометаллургическом процессе, соответствующие затраты на утилизацию становятся все более высокими. Это влияет на здоровье человека, так как растительность на загрязненных землях и зараженная вода потребляются людьми.

В основном токсичными элементами, присутствующими в шлаке, являются мышьяк, свинец, кадмий, кобальт, хром и никель. При экологическом испытании шлака делается вывод о том, что плавильные шлаки содержат 23,5% мышьяка. Отходы мусоросжигательных заводов содержат опасные вещества, такие как тяжелая вода и диоксины. Утилизация этих опасных веществ требует долгосрочной безопасности для будущих перспектив.

Пути решения экологических проблем металлургии

Металлургическая промышленность несет ответственность за проблемы загрязнения. Негативное воздействие должно быть уменьшено, и именно металлурги несут ответственность за защиту окружающей среды и здоровья человека от токсических опасностей, связанных с производством высококачественных металлических изделий. Охрана окружающей среды может быть обеспечена за счет повышения качества побочных продуктов промышленности и утилизации металлургических отходов.

Переработка отходов является наиболее эффективным вариантом, чтобы решить природоохранные и экологические проблемы металлургии. Переработка шлака успешно применяется в различных отраслях промышленности, например, в черной металлургии. Другой метод – совершенствование технологии.

Отрасли промышленности участвуют в продвижении металлургической технологии, обращая внимание на процесс кавитации. Внедряется технология получения стойких сплавов в результате усовершенствование конструкции насоса и расширение спектра сложных применений.

Это можно сделать с помощью нержавеющего сплава, который аналогичен работе с кобальтовыми базовыми материалами. Улучшенный кавитационно-стойкий сплав устойчив к длительной потребности в насосной промышленности. Новый материал способствует совершенствованию технологии и снижению затрат на техническое обслуживание.

Металлургия – это метод извлечения металлов из руд путем удаления нежелательных минералов. В металлургии участвуют три процесса: обогащение руд, превращение руд в оксиды и рафинирование руд. Металлургия используется для того, чтобы изменить форму извлекаемых металлов и сформировать некоторую их комбинацию. Металлургический процесс оказывает большое воздействие на окружающую среду. Основные экологические проблемы черной металлургии (а также цветной) – загрязнение воздуха, воды и земли из-за образования огромного количества отходов.

Охрана окружающей среды может быть обеспечена за счет повышения качества побочных продуктов промышленности и утилизации металлургических шлаков. Осуществляется путем переработки отходов и совершенствования технологий в металлургической промышленности.

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами

Загрязнение тяжелыми металлами окружающей среды становится все более серьезной проблемой и вызывает серьезную озабоченность из-за негативных последствий, которые оно вызывает во всем мире. Эти неорганические загрязнители выбрасываются в воду, почву и в атмосферу из-за быстро растущего сельского хозяйства и металлургической промышленности, неправильной утилизации отходов, удобрений и пестицидов. Некоторые металлы влияют на биологические функции и рост, в то время как другие металлы накапливаются в одном или нескольких органах, вызывая множество серьезных заболеваний, в том числе и рака.

С чем связано загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами?

Тяжелые металлы – хорошо известные загрязнители окружающей среды из-за их токсичности, стойкости в окружающей среде и биоаккумуляционной природы. Различают следующие их источники:

Естественные – включают выветривание металлосодержащих пород и извержения вулканов;
Антропогенные – включают горнодобывающую промышленность и различные виды промышленной и сельскохозяйственной деятельности.

Горнодобывающая и промышленная переработка применяются в отрасли добычи полезных ископаемых. Их последующее применение для экономического развития привели к увеличению мобилизации этих элементов в окружающей среде. Из-за этого нарушены биогеохимические циклы.

Загрязнение водных и наземных экосистем токсичными тяжелыми металлами представляет собой экологическую проблему, вызывающую обеспокоенность населения. Являясь стойкими загрязняющими веществами, тяжелые металлы накапливаются в окружающей среде. Как следствие, они загрязняют пищевые цепи.

Накопление потенциально токсичных тяжелых металлов создает потенциальную угрозу здоровью их потребителей, включая людей. Наиболее опасные для окружающей среды тяжелые металлы и металлоиды включают Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Hg и As.

Проводятся всесторонние химические и токсикологические исследования опасных тяжелых металлов и металлоидов. Результаты показывают, что необходимо предпринять шаги для минимизации воздействия этих элементов на здоровье человека и окружающую среду.

Источники загрязнения тяжелыми металлами

Тяжелые металлы естественным образом присутствуют в земной коре с момента образования Земли. Увеличение использования их человеком привело к неизбежному выбросу токсичных металлов как в земную, так и в водную среду.

В большинстве случаев загрязнение тяжелыми металлами возникло из-за антропогенной деятельности. Она является основной причиной загрязнения из-за следующего:

добычи металлов, плавки, литья;
других отраслей, в которых используются металлы;
выщелачивания металлов из различных источников, в том числе и из мусорных свалок;
экскрементов, домашнего скота и куриного помета;
стоков, автомобилей и дорожных работ.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами связано с использованием достижений научно-технической революции в аграрном секторе. Это происходит, например, из-за применения пестицидов, инсектицидов, удобрений и т.п.

Естественные причины могут также увеличивать загрязнение тяжелыми металлами. К ним относятся вулканическая активность, коррозия металлов, испарение металлов из почвы и воды, повторное взвешивание отложений, эрозия почвы, геологическое выветривание.

Воздействие тяжелых металлов на окружающую среду

Загрязнение тяжелыми металлами становится серьезной проблемой во всем мире. Оно набирает обороты из-за увеличения использования и обработки таких металлов во время различных видов деятельности для удовлетворения потребностей быстро растущего населения. Почва, вода и воздух – основные компоненты окружающей среды, на которые влияет загрязнение тяжелыми металлами.

Загрязнение тяжелыми металлами почв

К попаданию в почву и ее загрязнению приводят:

промышленные выбросы;
удаление отходов с высоким содержанием металлов;
этилированный бензин и краски;
внесение удобрений на землю, пестициды, навоз;
осадки сточных вод;
остатки от сжигания угля и разлив нефтехимических веществ.

Было отмечено, что почвы являются основными поглотителями тяжелых металлов, выбрасываемых в окружающую среду в результате вышеупомянутой антропогенной деятельности. Большинство не подвергаются микробной или химической деградации, поскольку они не разлагаются. Их общие концентрации сохраняются в течение длительного времени после попадания в окружающую среду.

Присутствие тяжелых металлов в почвах является серьезной проблемой из-за их наличия в пищевых цепочках, разрушающих всю экосистему. Поскольку органические загрязнители могут быть биоразлагаемыми, скорость их биоразложения снижается из-за присутствия тяжелых металлов в окружающей среде. Это удваивает загрязнение окружающей среды, увеличивает присутствующие органические загрязнители и тяжелые металлы.

Существуют различные способы, которыми тяжелые металлы представляют опасность для людей, животных, растений и экосистем в целом. К таким путям относятся:

прямое попадание в организм;
поглощение растениями;
пищевые цепи;
потребление загрязненной воды;
изменение pH почвы, пористости, цвета и ее естественного химического состава, что, в свою очередь, влияет на качество почвы.

Загрязнение тяжелыми металлами воды

Хотя существует множество источников загрязнения воды, индустриализация и урбанизация являются двумя виновниками повышенного уровня загрязнения воды тяжелыми металлами. Они переносятся стоками промышленных предприятий, муниципалитетов и городских территорий. Загрязнение водоемов тяжелыми металлами происходит из-за их накопления в почве и отложениях водоемов. Они очень токсичны и создают серьезные проблемы для здоровья людей и других экосистем.

Опасность загрязнение воды для человека определяется уровнем токсичности металла, который зависит от таких факторов:

организмы, которые подвергаются его воздействию;
его природа и биологическая роль;
период, в течение которого организмы подвергаются воздействию металла.

Пищевые цепи символизируют взаимоотношения между организмами экосистемы. Следовательно, загрязнение воды тяжелыми металлами влияет на все организмы в этой цепи. Люди, питающиеся на самом высоком уровне, более склонны к серьезным проблемам со здоровьем. Причина – концентрация тяжелых металлов в пищевой цепи увеличивается.

Загрязнение тяжелыми металлами атмосферы

Индустриализация и урбанизация, вызванные быстрым ростом населения мира, в последнее время сделали загрязнение воздуха серьезной экологической проблемой во всем мире. Загрязнение воздуха увеличивается с помощью пыли и твердых частиц (ТЧ), которые выбрасываются в результате естественных и антропогенных процессов.

Природные процессы, которые приводят к выбросу твердых частиц в воздух, включают:

пыльные бури;
эрозию почвы;
извержения вулканов;
выветривание горных пород.

Антропогенная деятельность в большей степени связана с промышленностью и транспортом. Именно они влияют на загрязнение атмосферы тяжелыми металлами. Последствия могут привести к серьезным проблемам со здоровьем:

раздражение кожи и глаз;
респираторные инфекции;
преждевременная смертность;
сердечно-сосудистые заболевания.

Данные загрязнители также вызывают ухудшение инфраструктуры, коррозию, образование кислотных дождей, эвтрофикацию и дымку. Тяжелые металлы, такие как металлы группы 1 (Cu, Cd, Pb), металлы группы 2 (Cr, Mn, Ni, V и Zn) и металлы группы 3 (Na, K, Ca, Ti, Al, Mg, Fe) происходят из промышленных зон, транспортных средств и естественных источников.

Чтобы защитить здоровье человека, растений, животных, почвы и всех компонентов окружающей среды, должное и тщательное внимание следует уделять технологиям восстановления тяжелых металлов. На текущий момент большинство физических и химических технологий их восстановления требуют обработки большого количества ила, разрушают окружающие экосистемы, и они очень дороги.

МЕТАЛЛЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Женихов Н.А., Дианова Д.Г.

Современная цивилизация осуществляет невиданное давление на окружающую среду и человека. Увеличивающийся масштаб загрязнений среды обитания оказывает негативное влияние на здоровье населения. Различные химические факторы окружающей среды могут способствовать формированию увеличению риска ряда заболеваний. Иммунная система играет одну из ключевых ролей в обеспечении и поддержании гомеостаза организма, а также в формировании согласованных реакций его отдельных систем в ответ на внешние воздействия, в том числе и на металлы ( алюминий ), поступающие из внешней среды в организм человека.

Текст научной работы на тему «МЕТАЛЛЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА»

МЕТАЛЛЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

Студент; доцент кафедры фармакологии.

Пермская государственная фармацевтическая академия

Современная цивилизация осуществляет невиданное давление на окружающую среду и человека. Увеличивающийся масштаб загрязнений среды обитания оказывает негативное влияние на здоровье населения. Различные химические факторы окружающей среды могут способствовать формированию увеличению риска ряда заболеваний. Иммунная система играет одну из ключевых ролей в обеспечении и поддержании гомеостаза организма, а также в формировании согласованных реакций его отдельных систем в ответ на внешние воздействия, в том числе и на металлы (алюминий), поступающие из внешней среды в организм человека.

Ключевые слова: окружающая среда, иммунная система, алюминий. Keywords: environment, immune system, aluminum.

Одними из наиболее вредных для биосферы Земли загрязнений, имеющих самые разнообразные вредные последствия, как для здоровья людей, так и для жизнедеятельности живых организмов, являются загрязнения металлами. Увеличивающийся масштаб загрязнений окружающей среды оборачивается ростом генетических мутаций, раковых, сердечно-сосудистых и профессиональных заболеваний, отравлений, дерматозов, снижением иммунитета и связанных с этим болезней [1, 130]. Среди опасных для здоровья веществ металлы и их соединения занимают особое место, так как являются постоянными спутниками в жизни человека [2, 100]. Однако большинство металлов являются эссенциальными, то есть жизненно необходимыми. Они не синтезируются в организме и должны поступать из окружающей среды. Между тем, некоторые металлы достаточно серьезно влияют на иммунную систему, что потенциально может привести к широкому спектру вредных последствий для здоровья. В зависимости от конкретного металла, его концентрации, маршрута и продолжительности воздействия, а также биологической доступности, результат, оказываемый на организм, может быть либо иммуносупрессивным или в виде стимуляции активности иммунных клеток [6, 180].

Алюминий - элемент III группы периодической системы Менделеева был открыт в 1825 году датским исследователем Х. К. Эрстедом. В природе алюминий широко распространен - он занимает первое место среди металлов и третье среди химических элементов, следуя за кислородом и кремнием. Более 8% земной массы состоит из алюминия.

В организме человека присутствует 30-70 мг алюминия. Содержание алюминия: в лёгких - 0,59 мг/г; трубчатых костях - 0,5 мг/г; зубах - до 0,33 мг/г; сердце - 0,056- 0,210 мг/г; мышцах - 0,015мг/г; головном мозге - до 0,016 мг/г; грудном молоке - до 0,01 мг/мл; яичниках - 0.4 мкг/г; семенниках - 0,4 мкг/г; лимфатических узлах - 0,032 мг/г; ногтях - до 0,93 мг/г.

Практически во всех органах человека обнаружено присутствие алюминия в том или ином виде. Алюминий вмешивается в клеточные и метаболические процессы в нервной системе и других тканях [5]. Большинство биомолекул содержат в своем составе алюминий, который отвечает за связи атома азота или кислорода. Физиологическая роль алюминия важна - он участвует в процессах регенерации соединительной, эпителиальной и костной ткани, в образовании белковых и фосфатных комплексов, влияет на функцию околощитовидных желез, а также оказывает активизирующее или тормозящее действие на

пищеварительные ферменты (в зависимости от концентрации). Организму, и особенно костной ткани, алюминий необходим, но эта необходимость ограничивается совсем небольшим количеством. В противном случае, избыток алюминия представляет немалую опасность для здоровья.

Токсичность алюминия связана с его способностью легко соединяться с белками, накапливаться в костной и нервной ткани, в почках, влиять на функции околощитовидных желез, а также с антагонизмом алюминия по отношению к магнию, меди, цинку, фосфору и кальцию. Алюминий относится к иммунотоксичным элементам [8, 400].

В эксперименте установлено, что при добавлении трихлорида алюминия (AlCl (3)) в культуру селезеночных Т- и В-лимфоцитов, выделенных у крыс, в дозировках 0,035 мг/мл,

0.07.мг/мл, 0,14 мг/мл отмечалось снижение экспрессии IL-2, IL-6, TNF-a, а также соотношение СБ4+/СБ8+-Т-лимфоцитов [7, 247]. Показано, что прием Al-содержащих антацидов способствует более высокому содержанию алюминия в организме, чем его поглощение из продуктов питания и питьевой воды [3, 123]. Однако соединения алюминия могут дополнительно усиливать иммунный ответ путем прямого или косвенного стимулирования дендритных клеток, активацию комплемента и за счет индукции высвобождения хемокинов [4, 39].

Установлено, что алюминий, входящий в состав многих вакцин модифицирует клеточный и гуморальный иммунитет ребенка. DTaP, Pediarix (комбинация DTaP-Hepatitis B-Polio), Pentacel (комбинация DTaP-HIB-Polio), против гепатита А, гепатита В, гемофильной инфекции (HIB), пневмококковой инфекции и вируса папилломы человека (HPV) [5]. Многочисленные хронические заболевания вызваны гиперактивностью гуморального звена иммунной системы в комбинации с нарушениями клеточного и регулирующего иммунитетов. Ингибирование клеточного ответа иммунной системы могут спровоцировать вторичные иммунодефицитные заболевания.

Очевидно, в условиях избыточного поступления алюминия в организм возможно формирование нарушения здоровья, что может проявляться в дестабилизации иммунной системы и приводить к развитию различных заболеваний.

1. Дианова Д.Г. Количественная оценка биомаркеров апоптоза и клеточной регуляции у детей с повышенным содержанием стронция в организме / Дианова Д.Г., Вдовина Н.А., Пирогова Е.А., Рочев В.П. // Российский иммунологический журнал. - 2015. - Т. 9 (18). - № 2 (1). - С. 129-131.

2. Зинина О.Т. Влияние некоторых тяжелых металлов и микроэлементов на биохимические процессы в организме человека / Зинина О.Т.. // Избранные вопросы судебно-медицинской экспертизы. - 2001. - №4. - С. 99-105.

3. Gräske A. Influence of aluminium on the immune system--an experimental study on volunteers / Gräske A., Thuvander A., Johannisson A., Gadhasson I., Schütz A., Festin R., Wicklund Glynn A. // Biometals. - 2000. - №13(2). - Р. 123-133.

4. HogenEsch H. Mechanisms of stimulation of the immune response by aluminum adjuvants / HogenEsch H. // Vaccine. - 2002. - 20 Suppl 3:S. - Р. 34-39.

6. Lehmann I. Metal ions affecting the immune system / Lehmann I., Sack U., Lehmann J. // Met Ions Life Sci. 2011;8:157-185.

7. She Y. Effects of aluminum on immune functions of cultured splenic T and B lymphocytes in rats / She Y, Wang N., Chen C., Zhu Y., Xia S., Hu C., Li Y. // Biol Trace Elem Res. - 2012. - V. 147(1-3). - Р. 246-250.; doi: 10.1007/s12011-011-9307-3.

Читайте также: