Металлы в окружающей среде

Обновлено: 28.09.2024

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.

Тяжелые металлы

Тяжелые металлы встречаются в природе и некоторые из них в небольших количествах необходимы для жизнедеятельности растений, животных, человека. Однако, их излишек пагубно влияет на окружающую среду и здоровье человека. Попадая в окружающую среду, те из них, что обладают высокой летучестью как, например, ртуть, переносятся по воздуху, другие, например, свинец и кадмий перемещаются на большие расстояния, перемешиваясь с пылью.

Интересно, что не все тяжелые металлы действительно являются «тяжелыми» в обычном понимании этого слова. Правильнее было бы называть их «токсичными металлами», но исторически сложилось так, что первые из изученных токсичных металлов действительно имели высокий удельный вес – свинец, кадмий и др. Позднее оказалось, что и многие «легкие» металлы обладают токсичностью, например, бериллий и литий, но по сложившейся привычке эту группу металлов продолжают называть «тяжелыми».

Источники загрязнения тяжелыми металлами — предприятия горнодобывающей и черной металлургии, машиностроительные заводы, гальванические цеха. Большой вклад в загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами вносит цветная металлургия. Добыча, обогащение и выплавка цветных металлов и их сплавов наносят урон флоре и фауне прилегающим к промышленным предприятиям территорий.

Выброс отработанных вод в близрасположенные водоемы приводит к многочисленным заболеваниям их обитателей, особенно в тех случаях, когда сточные воды сбрасываются неочищенными, что было распространено в XX веке на территории СССР. Это привело к повышению уровня тяжелых металлов в биосистемах таких водоемов. До сих пор некоторые предприятия в Казахстане выбрасывают в атмосферу технологические газы без надлежащей очистки от пыли, которая является источником распространения тяжёлых металлов — меди, свинца, мышьяка и других вредных элементов. Это приводит к увеличению заболеваемости аллергией и астмой среди жителей близкорасположенных городов и сел.

Однако, не только промышленные предприятия являются источниками загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Одним из основных источников выбросов в атмосферу вредного свинца является автотранспорт, работающий на этилированном бензине. Автотранспорт так же является основным источником выбросов других вредных веществ в городах, которые, в зависимости от загруженности городских дорог, составляют здесь 30 — 70 % от общего объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Представляют опасность для окружающей среды и отработанные автомобильные аккумуляторы, и простые батарейки. Они после использования выбрасываются, их количество на коммунальных свалках исчисляется тысячами тонн. Когда они разлагаются, в почву и подземные воды попадает большое количество марганца, свинца, кадмия, лития и других токсичных металлов.

Кроме того, тяжелые металлы являются естественными примесями, входящими в состав исходного сырья для производства удобрений и пестицидов, и могут попадать в водоемы вместе со стоком с сельскохозяйственных полей и огородов.

В последнее время общественность всего мира уделяет большое внимание прекращению использования свинца в красках. Сегодня существует множество заменителей, которые позволяют сделать краску более безопасной, однако, производители продолжают использовать свинец. Не покупайте свинцовые белила и свинцовый сурик!

Встречаются тяжелые металлы и в товарах народного потребления, в том числе – в детских игрушках, причем, в концентрациях, значительно превышающих допустимые нормы. Так в 2012 году шесть организаций — участниц Международной сети по ликвидации СОЗ (IPEN), работающих в области здравоохранения и охраны окружающей среды в более, чем 100 странах мира, исследовали на токсичность 569 детских товаров, купленных наугад на рынках и в магазинах Армении, Беларуси, Казахстана, Кыргызстана, России и Украины. Товары исследовали на содержание сурьмы, мышьяка, кадмия, хрома, свинца и ртути.

В результате выяснилось, что в 164 из них в опасных концентрациях содержится хотя бы один токсичный элемент из шести. В 75 образцах их было более одного. Свинец был найден в 104 образцах, сурьма – в 75, мышьяк – в 45, ртуть – в 18. Среди опасных предметов оказались мягкие и пластмассовые игрушки, косметика, кружки, бижутерия.

Негативное воздействие тяжелых металлов связано с тем, что они способны «подменять» в организме полезные для жизнедеятельности необходимые металлы и инициировать нежелательные процессы. Например, некоторые металлы способствуют развитию раковых опухолей, кадмий и ртуть оказывают сильное токсическое действие на почки, свинец и ртуть пагубно влияют на нервную систему, кадмий и свинец аккумулируются в мужских половых органах и вызывают их дегенерацию и влияют на способность к деторождению. Кроме того, тяжелые металлы могут влиять на дыхательную и эндокринную систему, не говоря уже об их общетоксическом действии – тяжелое отравление этими веществами может привести к смерти.

Цинк — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

Цинк является важным элементом человеческого организма.

Еще в древнем Египте применялись мази на основе цинка, которые способствовали быстрому заживлению ран.

Польза цинка проявляется при ежедневной дозе в 5 — 20 мг в сочетании с другими микроэлементами и витаминами.

Вред цинка начинается со значительной передозировки металла в организме - 150 — 600 мг. — уже яд для человека, а 6 г. гарантируют летальный исход.

Основные источники отравления цинком:

Пары цинка образуются на производствах при сварке, резке металла и плавке цинковых спаев.

В быту цинк может попасть в организм из продуктов и воды, которые хранились в цинковой или оцинкованной посуде. Опасность представляют цинковые белила, которые при не соблюдении техники безопасности могут попасть в организм человека, так же белилами могут отравиться маленькие дети, которые так любят все пробовать на вкус.

Грибы способны интенсивно накапливать тяжелые металлы, которые обнаруживаются даже в экологически благоприятной окружающей среде. Можно представить, как влияет на их качество предприятия, транспорт, свалки. Больше всего цинк аккумулируется в белых грибах и сыроежках.

Симптомы отравления:

При ингаляционном отравлении окисью цинка — сладковатый вкус во рту. Спустя 1 — 5 ч. — чувство жажды, стеснения и давящей боли в груди, сухой кашель, сонливость, затем озноб и другие признаки металлической лихорадки.

При оральном отравлении растворимыми солями цинка: металлический вкус во рту, ожог слизистой ротовой полости, пищеварительного тракта, упорная рвота (с примесью крови), боли в животе, понос, судороги в икроножных мышцах.

Имеются указания на канцерогенное действие цинка и его соединений (в эксперименте при различных путях введения высокодисперсной пыли металлического цинка и раствора хлорида цинка через 1,5 — 2 года у животных развивались злокачественные опухоли различной локализации).

Меры предосторожности:

При работе на производстве где есть потенциальная опасность отравления, обязательно соблюдение техники безопасности и использования средств индивидуальной защиты.

В быту: не стоит использовать посуду, в состав которой входит цинк, для долговременного хранения продуктов и воды.

Стоит отказаться от красок и белил, содержащих цинк, тем более в доме, где есть дети.

Что же касается грибов: их потенциальная опасность — не повод совсем от них отказываться, но стоит более тщательно выбирать места их сбора. Чем дальше грибник находится от дорог и производств, тем более безопасны будут грибы.

Хром — твёрдый металл голубовато-белого цвета. Обладает высокой химической стойкостью. Этот элемент является одним из важнейших металлов, используемых в сталелитейной промышленности.

Хром – важный биогенный элемент, непременно входящий в состав тканей растений, животных и человека. Среднее содержание этого элемента в растениях – 0,0005 %.

Во взрослом человеческом организме содержание хрома колеблется от 6 до 12 мг. Причем достаточно точно физиологическая потребность в хроме для человека не установлена. Принято считать, что человеку требуется в сутки примерно 20–300 мкг этого элемента.

Основные источники отравления хромом:

Хром и его соединения (хромовый ангидрид, окись хрома, хромовая кислота и ее соли, дихромат калия, хромовая смесь) применяются во многих отраслях. Например, в химической, керамической, текстильной и спичечной промышленности, в фотографии, производстве фунгицидов, органических красителей, карандашей, а также как дегазирующее средство. Отравление хромом происходит при поступлении хрома в организм через органы дыхания, пищеварительный аппарат и кожу.

Симптомы отравления:

Соединения хрома оказывают раздражающее и прижигающее действие на слизистые оболочки и кожу. При вдыхании паров наблюдаются раздражение слизистых оболочек, головокружение и озноб, тошнота и рвота, боль в желудке и животе, а также анемия.

При попадании внутрь наблюдаются ожоги пищеварительного аппарата, поражение почек и печени (токсическая желтуха).

Возникают астматические приступы, возрастает частота возникновения рака легких. Так как соединения хрома обладают канцерогенным действием.

Меры предосторожности:

На производстве: наличие вытяжных вентиляционных устройств. Обязательное наличие средств индивидуальной защиты (респираторы, противогазы). Смазывание носовых ходов рыбьим жиром либо смесью животного воска с вазелином. Защита кожи рук применением профилактических мазей перед работой. После работы мытье рук 5% раствором натрия тиосульфата или 10% раствором натрия бисульфата. Предварительные и периодические медицинские осмотры

Ртуть – природный химический элемент, металл, находящийся в жидком состоянии в условиях, которые мы называемым нормальными. Ртуть нужна при изготовлении гальванических элементов (химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и (или) их оксидов в электролите) измерительных приборов (включая термометры и барометры), ламп освещения (энергосберегающих и других). Этот тяжелый металл используют в стоматологии для изготовления некоторых зубных пломб, в косметологии (в частности, при производстве средств для осветления кожи) и в фармакологии.

Ртуть – относительно редкий элемент. В обнаруженных месторождениях находится лишь 0,02% от всего ее объема. Большая же часть ртути рассеяна, преимущественно, в горных породах.

Содержащаяся в земной коре ртуть высвобождается в окружающую среду в результате вулканической деятельности, выветривания скальных пород и, разумеется, в итоге действий человека. Особенно этому способствует выработка энергии на угольных электростанциях, сжигание угля в домах для обогрева и приготовления пищи (уголь содержит ртуть, которая высвобождается при сжигании). Угольные электростанции, котельные и домашние печи «производят» почти половину выделяемой в воздух ртути. Также ртуть попадает в воздух в ходе различных промышленных процессов, при использовании мусоросжигательных установок и т.д.

Люди могут подвергаться воздействию ртути в любой ее форме в разных обстоятельствах.

По информации Всемирной организации здравоохранения вдыхание паров ртути может оказывать вредное воздействие на нервную, пищеварительную и иммунную системы, легкие и почки и может приводить к смерти. Неорганические соли ртути оказывают коррозийное воздействие на кожу, глаза и желудочно-кишечный тракт и могут приводить к интоксикации почек при проглатывании.

Наиболее ядовита не сама металлическая ртуть, а ее пары.. Наиболее опасное воздействие на организм может произойти при вдыхании паров элементарной ртути во время промышленных процессов, а также при употреблении в пищу загрязненных продуктов (рыбы, моллюсков и др.). Попадая в окружающую среду, ртуть под влиянием бактерий может превращаться в метилртуть, которая, в свою очередь, может аккумулироваться в моллюсках и рыбе и далее по пищевой цепочке передаваться человеку.

Самым чувствительным к воздействию ртути является плод человека – ртуть может оказать воздействие на развитие мозга и нервной системы будущего младенца. У детей, которые в утробе матери подвергались воздействию метилртути, могут быть нарушены когнитивное восприятие, мышление, память, внимание, речь, а также мелкая моторика и визуально-двигательная координация.

Сейчас установлено, что наряду с общетоксическим действием (отравлениями) ртуть и ее соединения вызывают гонадотоксический (воздействие на половые железы), эмбриотоксический (воздействие на зародыши), тератогенный (пороки развития и уродства) и мутагенный (возникновение наследственных изменений) эффекты.

Свинец

Это природный токсичный металл, который встречается в земной коре. Широкое применение данного вещества в промышленности привело к масштабному экологическому загрязнению, а также к негативному воздействию на людей.

Главные источники экологического загрязнения – это добыча, выплавка, промышленное производство, использование продукции, содержащей свинец, переработка вторсырья и размещение отходов. Кроме того, в некоторых странах по-прежнему используется свинцовая краска и этилированный бензин (бензин с антидетонационной присадкой – тетраэтилсвинец).

Также свинец применяется при изготовлении краски, витражей, хрустальной посуды, боеприпасов, ювелирных изделий, игрушек, и, кроме того, в некоторых видах косметики. Может представлять опасность и питьевая вода, поступающая через свинцовые трубы или трубы, соединенные свинцовым припоем. Серьезный вред окружающий среде наносят и оставшиеся без утилизации автомобильные аккумуляторы (они также содержат свинец).

Свинец – это вещество, способное накапливаться в человеческом организме. При попадании свинца в кровоток организм ошибочно принимает его за кальций и допускает к жизненно важным «объектам»: клеткам костного мозга, почек и головного мозга. Со временем он также накапливается в зубах и костях.

Особенно уязвимы перед воздействием свинца дети младшего возраста. Из-за присущей детям любознательности и привычке тянуть руки в рот дети кладут в рот и проглатывают свинцовосодержащие или покрытые свинцом предметы, например загрязненную почву или пыль, отслаивающуюся свинцовую краску. Дети, например, могут отковыривать и съедать свинцовую краску со стен, с дверных косяков и мебели.

По некоторым данным, воздействие свинца в детском возрасте является одним из факторов, вызывающих ежегодно порядка 600 тысяч новых случаев развития у детей нарушений умственной деятельности. Это вещество нарушает функционирование мозга и центральной нервной системы, вызывая кому, судороги и даже смерть. Дети, выжившие после тяжелого отравления свинцом, могут страдать от задержки психического развития и необратимых поведенческих расстройств.

Свинец вызывает долгосрочные последствия у взрослых (в том числе - повышенный риск развития гипертонии и повреждение почек). Влияние высокого уровня свинца на беременных женщин: может вызывать выкидыши, мертворождения, преждевременные роды.

Не существует какого-либо известного уровня воздействия свинца, который считается безопасным. Даже такое незначительное содержание свинца в крови, как 5 мкг/дл, что некогда считалось «безопасным уровнем», может приводить к снижению интеллекта у детей, поведенческим трудностям и проблемам в учебе.

При отравлении свинцом наблюдаются следующие симптомы:

спазматическая боль в животе (как при колике);
запор, снижение аппетита;
повышенная раздражительность;
бледность, вызванная снижением уровня гемоглобина;
задержка роста;
задержка развития;
неспособность надолго удерживать внимание;
судороги.

Всемирная организация здравоохранения называет свинец одним из 10 химических веществ, вызывающих основную обеспокоенность в области общественного здравоохранения.

В 2009 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) выступили с инициативой создания Глобального альянса по отказу от применения свинца в красках. Задача Альянса – сосредоточить и активизировать усилия для того, чтобы навсегда исключить возможность попадания свинца из красок в организм детей, а также свести к минимуму воздействие данного металла.

Более широкая цель – содействие поэтапному сокращению производства и продажи красок, содержащих свинец, чтобы, в итоге, ликвидировать связанный с ними риск.

Читайте также: