Тяжелые металлы в воде

Тяжелыми металлами называют элементы периодической системы Менделеева, которые обладают металлическими свойствами и имеют большой молекулярный вес.

Здесь мы поговорим о том, какой вред для человека несут тяжелые металлы, в каких регионах Украины распространены те или иные загрязнители, о характерном влиянии на здоровье человека. А в самом конце обязательно познакомим вас с технологией обратного осмоса, которая не пропустит опасные ионы в воду и пищу.

Краткое содержание

Какие воды загрязнены?

Важно понимать, что большинство солей тяжелых металлов попадают в окружающую среду антропогенным путем — в основном из выбросов добывающих и обрабатывающих предприятий, а также тепловых электростанций.

Самым объемным источником загрязнения являются сточные воды, которые сливаются в поверхностные водоемы с недостаточным уровнем очистки. Следующим путем внесения тяжелых металлов являются дымовые газы, которые осаждаются на поверхность земли и смываются с нее в источники воды. И еще одним, пожалуй, самым серьезным типом загрязнения являются воды, которые образуются при затоплении шахтных выработок, в таком случае происходит загрязнение даже подземных вод.

Максимальный риск отравления солями тяжелых металлов возникает при использовании воды с поверхностных водоемов и колодцев без последующей очистки. В тех случаях, когда загрязнены подземные воды, также не рекомендуется потребление воды из скважин. Прежде всего, это касается промышленных регионов Восточной Украины.

Марганец в воде

Мы начинаем с этого металла, поскольку после железа, о котором мы говорили в отдельной статье, он самый распространенный загрязнитель скважинных вод.

Признаками наличия марганца в вашей воде является черный, серый, темно-коричневый налет на трубах и сантехнике. Вкус такой воды обычно вяжущий, а цвет желтоватый. Руки при длительном контакте могут темнеть, ногтевые пластины чернеть. При высоких концентрациях этого минерала в воде может появляться черный осадок.

На изображении показана разница между налетами, образованными водой с большим содержанием только железа и водой, которая дополнительно содержит марганец.

Вещество относится к третьей группе токсикантов (является умеренно опасным).

И если самые неприятные последствия от приема “железной воды” это регулярные запоры, то с марганцем все сложнее. Несмотря на то, что он участвует в процессах ферментации, кроветворения, формировании костной ткани, избыток этого металла в организме может негативно сказываться на здоровье человека. Основные последствия регулярного употребления воды с повышенным содержанием марганца — это проблемы центральной нервной системы, которые проявляются сонливостью, слабостью, а иногда даже длительными депрессивными расстройствами. Исследования также подтвердили, что его избыток способен отрицательно влиять на ЖКТ, почки или костную ткань. Последнее критично для детей, существует заболевание опорно-двигательного аппарата, которое именуют “марганцевым рахитом”.

Основными источниками поступления марганца в поверхностные воды являются процессы выщелачивания железомарганцевых руд и других содержащих марганец минералов. Что касается природного его содержания в скважинной воде, то причиной тому являются процессы разложения живых организмов.

Свинец в воде

Норматив свинца в питьевой воде для Украины 0,01 мг/л, что, впрочем, соответствует и международным нормам. Отравляющей дозой является уже 1 мг/л, свинец отнесен ко 2-рой группе токсичности.

Свинец в поверхностных водах на территории Украины распространен практически везде. Степень загрязнения зависит от развития промышленности и насыщенности трафика. В больших городах и в поселках, расположенных возле оживленных трасс, в поверхностных водах часто наблюдаются превышения ПДК (предельно допустимой концентрации), пить воду из колодцев или источников обычно рискованно. Кстати, стоит учитывать, что свинец в небольших концентрациях придает воде приятный сладковатый вкус.

Среди поражающих действий можно выделить поражение нервной и кроветворной систем, сердечно-сосудистой и выделительной систем, половую функцию женщин и мужчин. Также существуют исследования, которые подтверждают канцерогенное действие свинца, максимально высокую токсичность он имеет для детей младшего возраста, так как они усваивают его до 40%, в то время, как взрослые — не более 10%.

Cвинец опасно влияет на нервную систему, его последствия в первую очередь сказываются на детях. Свинцовая энцефалопатия сопровождается эпилептическими приступами, головной болью и пр. В зависимости от степени отравления симптомы могут отличаться и проявляться с разной интенсивностью. У детей отравление свинцом способно приводить к снижению уровня умственного развития, а также к проблемам со слуховой и зрительной реакцией.

Еще одним распространенным следствием является анемия, она характерна для детей и схожа с классической железодефицитной анемией. Также часто встречаются нарушения в работе почек (обратимая и необратимая нефропатии).

Влияние на сердечно-сосудистую систему и ЖКТ весомо меньше, чем на ЦНС, но оно также отмечается в развитии брадикардии и неспецифических реакций.

Основными источниками поступления свинца в воду и в окружающую среду в целом являются:

• природные источники (природные минералы, содержащие свинец, все же являются одним из основных его источников);
• цветная (98%) и черная металлургия (2%) — это процессы получения самого металла, сплавов, а также обработки содержащего сырья;
• машиностроение, топливная промышленность и энергетика — загрязнение обусловлено использованием этилированных бензинов, которые приводят к выбросу токсинов в атмосферу с последующим их попаданием в водоемы. В многих развитых странах практически не используются такие бензины, в Украине их использование уменьшено, но не запрещено;
• химическая промышленность — производство пигментов. В наше время производство таких красок минимизировано;
• транспортные предприятия — все тоже использование бензинов;
• бытовые отходы — этот момент очень важен, люди выбрасывают в общие контейнеры органический мусор и аккумуляторы. Сдача бытовых, автомобильных аккумуляторов на переработку может иметь значительное влияние на окружающую среду.

Ртуть в воде

Все знают, как выглядят шарики ртути из разбившегося градусника, их принято считать большой угрозой для здоровья, но давайте поговорим о растворимых соединениях ртути.

Cоединения ртути попадают в атмосферу, а затем в воду из неорганических соединений, которые образуются в процессах сжигания угля на электростанциях, сжигания промышленных отходов, производства аккумуляторов.

Также второй группой токсичных веществ, которые образуется в процессе работы бактерий в водоемах и океане, являются органические соединения ртути. Одним из самых распространенных из них является метилртуть, как раз ее обнаруживают в рыбе и моллюсках, которых есть не рекомендуется, при этом Украине нет системных критических повышений ее уровня.

В качестве примера промышленного загрязнения ртутью можно привести месторождение “Никитовка” в Горловке. С 2014 года из-за фактической оккупации шахта находилась в состоянии “сухой консервации”, с 2016 года оборудование начало сдаваться на металолом, а в 2018 году было отключено насосное оборудование, что привело к подтоплениям. Уровень загрязнения поверхностных и подземных вод в том районе делает их непригодными для питья.

Еще один пример — территория завода “Радикал” в Киеве, которая на данный момент не обработана окончательно и несет определенные угрозы. Но в вопросе загрязнения питьевой воды этот фактор можно не учитывать, поскольку вода из централизованной системы водоснабжения Киева не подвергается действию ртути. Также некритичное повышение уровней ртути можно наблюдать в городах, где расположены тепловые станции, работающие за счет сжигания угля.

Кадмий в воде

Это тяжелый металл, который имеет серьезные побочные действия. В питьевой воде ПДК для кадмия 0,001 мг/дм³, все соединения кадмия токсичны, он относится ко второму классу опасности. Его действие основано на способности связывать серосодержащие кислоты и ферменты, вследствие чего кадмий является нефро- и гепатотоксичным. Следствиями острого отравления могут быть повышение артериального давления, почечная и легочная недостаточность, патологии сердечно-сосудистой системы.

Стоит отметить, что кадмий является канцерогеном и способен накапливаться в организме человека. В отличие от ранее упомянутой ртути, он не способен проникать в мозг, поэтому не обладает нейротоксичностью.

Самыми серьезными загрязнителями вод кадмием являются предприятия горно-металлургического комплекса Украины. Они сосредоточены в районе Кривого Рога, Мариуполя, Днепродзержинска и Никополя. На территориях, приближенных к производствам, загрязнены как все поверхностные, так и подземные воды, поэтому самым безопасным источником остается вода из водопровода, по возможности дочищенная.

Цинк в воде

Цинк является микроэлементом, который в малых количествах участвует в ферментном обмене, а также в образовании стероидных гормонов, инсулина и прочих, при повышении содержания может вызвать специфичные заболевания.

В воде могут содержаться растворимые соединения цинка, часто это сульфаты и хлориды. При интоксикации солями цинка наблюдаются изменения в почках, а при критическом повышении дозы — желтуха. Стоит отметить, что при длительном воздействии он вызывает снижение содержания кальция в крови и в костях, таким образом нарушается метаболизм фосфора и развивается остеопороз. Также при системном воздействии цинк имеет канцерогенные свойства и может вызывать бесплодие.

Основными источниками его поступления в воду являются металлургические и машиностроительные предприятия, также значимый вклад вносят химико-фармацевтическая, деревообрабатывающая и текстильная промышленности.

На территории Украины загрязнение поверхностных вод цинком характерно для городов с развитой металлургической и машиностроительной промышленностью: Кривой Рог, Мариуполь и другие.

Никель и кобальт в воде

Никель является важным микроэлементом, чрезмерные количества которого приводят к повышенной возбудимости центральной нервной системы, анемии, аллергическим реакциям. Никель способен влиять на структуру ДНК и повышает риск новообразований. Что касается кобальта, то его последствия схожи и могут вызывать также сердечные заболевания.

В Украине месторождения никеля и кобальта расположены в Кировоградской и Николаевской областях. Единственным обогатительным предприятием является Побужский ферроникелевый комбинат в Кировоградской области. Что касается производства никелированных изделий, то они распространены в основном в Полтавской, Днепропетровской, Кировоградской областях. Также отмечено превышение ПДК никеля в Яворовском водохранилище Львовской области, на месте которого ранее был серный карьер. Встречаются и другие локальные повышения уровня этих токсикантов.

Мышьяк в воде

Мышьяк — это один из самых популярных в средние века ядов. Даже совсем низкое содержание солей мышьяка в питьевой воде является опасным для человека. Он оказывает токсичное влияние на все системы человеческого организма и может приводить к смерти.

Источниками природного загрязнения мышьяком являются некоторые природные минералы, но чаще он вносится в воду антропогенным путем. К таким источникам принадлежат предприятия цветной металлургии, сталеплавильные заводы и работающие на угле тепловые станции. Также активно используются пестициды с небольшим содержанием мышьяка, смыв которых регулярно производится в воды.

Высокий уровень мышьяка в поверхностных водах наблюдается на территории бассейна реки Тиса на территории Западной Украины.

Как очистить воду от тяжелых металлов?

Обратный осмос является самой оптимальной технологией очистки воды от тяжелых металлов. Он удалит металлы в воде, а также токсичные органические вещества. Прочитать о технологии подробнее можно тут.

Ионный обмен обеспечивает снижение содержания тяжелых металлов и жесткости, он часто используется на станциях централизованной водоподготовки. Детальнее прочитать об ионном обмене можно тут.

Также для удаления марганца и железа используются специфические каталитические материалы, которые переводят их в нерастворимую форму и задерживают эти частицы.

Загрязнение тяжелыми металлами окружающей среды

Тяжелые металлы в воде имеют высокую биологическую активность, благодаря чему им не составляет труда внедриться в обменные процессы человека, вытеснить полезные вещества и нарушить метаболизм. Воздействие отдельных металлов на организм человека:

• Медь
  – приводит к болезням костной системы, печени, развитию анемии
• Кобальт
  – приводит к развитию анемии, возникновению эндемического зоба, дефициту витамина В12
• Цинк
  – приводит к развитию раковых клеток
• Ртуть
  – приводит к головным болям, нервно-психическим нарушениям, нарушениям речи, снижению мозговой активности и памяти
• Кадмий
  – приводит к деформации костей, отрицательно влияет на почки

Определение содержания тяжелых металлов в воде

Понятие «тяжелый металл» относится к сфере охраны природы и здравоохранения. В эту группу относят полуметаллы и металлы, имеющие токсичные свойства и поражающую биологическую активность. Немало металлов входит в перечень необходимого микроэлементного уровня для нормального протекания биологических процессов и функционирования систем живого организма.

Токсичные химические элементы, попадая в организм человека с водой, имеют свойство аккумулироваться. Но, большую опасность представляет их способность к биомагнификации. Когда по пищевой цепочке: загрязненная вода – растения или почва – рыба или животное – человек, тяжелые металлы увеличивают свое вредоносное действие в сотни раз. Понимание, к чему приводит загрязнение воды тяжелыми металлами, подвигло человечество на внимательное отношение к природным ресурсам.

Очистка воды от тяжелых металлов

Метод удаления тяжелых металлов из воды зависит от результата анализа. Он может быть отдельным или комбинированным.

Наиболее популярные методы очистки воды от тяжелых металлов:

• Сорбентный – глубокое очищение за счет связывания химических веществ и примесей на молекулярном уровне, удаляет даже органические соединения
• Посредством ионного обмена – эффективен при небольшом загрязнении воды, на завершающей стадии очистки и в системах водоподготовки, где требуется высокое качество воды; очищение происходит за счет процесса обмена между ионами в растворе и на поверхности твердой фазы
• Установка мембранного фильтра – действует на молекулярном уровне, относится к системе глубокой очистки
• Гальваническая очистка – предотвращение попадания загрязненной производственной воды в окружающую среду
• Магнитная очистка – притяжение тяжелых металлов к магнитному полю
• Дистилляция – испарение жидкости и последующее ее охлаждение с целью отделения вредных и тяжелых веществ

Лаборатория «ИОН» проводит анализ в Москве и Московской области, благодаря которому вы сможете узнать состояние вашей воды и способы улучшения ее качества. Мы работаем более 20 лет, занимаемся химическим анализом и разработкой новых методов диагностики веществ и материалов. Сотрудники нашей лаборатории – лучшие специалисты в стране, а приборный парк – самый современный, благодаря плодотворному сотрудничеству с крупнейшими разработчиками аналитического оборудования. Вы можете обратиться к нам для исследования питьевой, природной, талой, морской, технологической воды, а также воды из бассейнов и мест общего пользования.

Самый тяжелый металл

Определить и назвать один единственный самый тяжелый металл невозможно, так как критерии определения «тяжести» металла могут быть совершенно разными. Об этом шла речь в начале данной статьи. Таким образом, одним из самых тяжелых металлов является свинец, которому не уступают цинк, олово, железо, и медь, однако он не может носить титул самого тяжелого металла. Например, свинец существенно уступает жидкому металлу – ртути. Так, если поместить в ртуть кусочек свинца, то он не утонет, а будет уверенно держаться на ее поверхности. Бутылка с ртутью объемом в 1 литр будет весить 14 кг. Но, не смотря на это, и ртуть не является самым тяжелым металлом, так как золото и платина тяжелее ртути в полтора раза.

Опережают золото и платину редкие металлы – иридий и осмий, которые в два раза тяжелее железа. Итак, самые тяжелые металлы, согласно их удельному весу:

• цинк – 7,1;
• олово – 7,3;
• железо – 7,8;
• медь – 8,9;
• свинец – 11,3;
• ртуть – 13,6;
• золото – 19,3;
• платина – 21,5;
• иридий – 22,4;
• осмий – 22,5

Если же взять за основную характеристику тяжелых металлов плотность, то список будет отличаться, и в него войдут следующие элементы:

• тантал – 16,67 г/см3;
• уран – 19,05 г/см3;
• вольфрам – 19,29 г/см3;
• золото – 19,29 г/см3;
• плутоний – 19,80 г/см3;
• нептуний – 20,47 г/см3;
• рений – 21,01 г/см3;
• платина – 21,40 г/см3;
• осмий – 22,61 г/см3;
• иридий – 22,65 г/см3;

Однако, существует перечень металлов, которых общепринято считать тяжелыми. Основные тяжелые металлы:

• свинец;
• ртуть;
• медь;
• кадмий;
• кобальт.

Особенности тяжелых металлов заключаются в том, что все они обладают высокой токсичностью и в некоторых случаях несут угрозу здоровью и жизни живых организмов. Кроме этого, они обладают способностью к биоаккумуляции и биомагнификации.

Тяжелые металлы-загрязнители окружающей среды

Тяжёлых металлов из таблицы Менделеева насчитывается около 40. Но чаще всего главными загрязнителями окружающей среды становятся лишь некоторые из них.

Ртуть

Около половины количества содержания ртути попадает в экосистему по техногенным причинам. Вместе со сточными водами и атмосферными выбросами предприятий нефтехимии соединения ртути оказываются в окружающей среде. Подавляющее количество — около 97% — находится на поверхности мирового океана. Соединения ртути, обладающие разной степенью окисления, в природе вступают в реакции между собой. Самыми опасными являются органические (алкильные) соединения ртути — метилртуть и диметилртуть. Находясь в воде, эти соединения адсорбируются донными отложениями, а затем медленно высвобождаются, становясь источником вторичного загрязнения и хронического токсического поражения гидросферы.

Кадмий

Кадмий — высокотоксичный тяжёлый металл. Он обладает довольно большой летучестью, поэтому значительная его часть загрязняет атмосферу. Это происходит в результате работы заводов по его выплавке и гальванических производств. В почву кадмий проникает из сельхозудобрений, а также с нефтепродуктами. В результате атмосферных процессов он выпадает на землю и поверхностные воды в виде осадков, которые угнетают рост и развитие растений и оказывают канцерогенное действие на представителей животного мира.

Свинец

Такой тяжёлый металл, как свинец, относится к 1 классу токсичной опасности. Среди промышленных отравлений именно отравление свинцом занимает первое место. Основными поставщиками свинцовых загрязнений на почву и в атмосферу являются выхлопы от сжигания этилированного бензина, выбросы промышленных предприятий, выпускающих пластик, целлюлозно-бумажные изделия, смазки, пигменты и другие.

Свинец способен накапливаться в биомассе, образуя высокотоксичные соединения. Далее соединения свинца вмешиваются в метаболический цикл растений и животных. Так, следуя по пищевым цепочкам, токсические элементы попадают в организм человека.

В окружающую среду медь попадает из выбросов отходов металлургических предприятий, заводов по изготовлению химических источников тока (аккумуляторов, батареек), сельхозхимии. Когда ионы меди попадают в почву, то они быстро связываются с минералами и органическими веществами.

Попав в воду, медь распространяется на дальние расстояния, загрязняя всё новые акватории. Этот тяжёлый металл не разрушается в природе, и поэтому он накапливается в растениях, микроорганизмах. Большие дозы меди в организме человека разрушают его репродуктивную систему, органы ЦНС.

На повышение содержания цинка могут повлиять как естественные геохимические процессы, так и техногенное загрязнение предприятиями цветной металлургии и химической промышленности.

Из вышеперечисленных тяжёлых металлов цинк наименее токсичен, однако, существенное превышение его доз аккумулируется в верхних слоях почвы, загрязняя плодородный слой.

Попав в организм человека, цинк заметно активирует деятельность ферментов. Превышенная доза цинка может вызвать рвоту.

Молибден

Молибден попадает в окружающую среду из минеральных удобрений и из выбросов предприятий по добыче и переработке молибденовых руд. Примечательно, что в некоторых регионах страны фиксируется недостаток молибдена в биосфере. А в регионах, где базируются крупные предприятия, добывающие и перерабатывающие молибденовые руды, его содержание в почве и воде может превышать норму в 100-200 раз. Растения, накапливающие данный металл в аномальных количествах, становятся ядовитыми для человека и животных. Повышенное содержание молибдена в организме человека вызывает угнетение функций гипофиза, гипоталамуса, щитовидной железы.

Загрязнение гидросферы тяжелыми металлами

Состав и свойства поверхностных вод характеризуют показатели: соотношение веществ, присутствующих во взвешенной и истинно растворимой фракции, общая минерализация вод, электропроводность, ионный состав, уровень pH. Очень важно присутствие веществ в твердых фазах, они формируют донные отложения.

Соотношение химических веществ в растворенном и взвешенном состоянии зависит и от свойств веществ, и от формы поступления их из природных и техногенных источников. Любые изменения в составе вод более отчетливо выражены в составе донных отложений, они и сохраняются дольше. Нередко отдельные техногенные факторы не вызывают существенных изменений в составе истинного раствора, при этом ни уровень pH, ни ионный состав не показывают антропогенных нарушений, а локальные изменения в составе донных отложений, особенно в местах сброса вод из штолен и хвостохранилищ, свидетельствуют о размерах загрязнения водной системы.

Состав поверхностных вод природных ландшафтов изучен основательно. Воды Европейской части России нейтральные, гидрокарбонатно-кальциевые. Они слабо минерализованы, солей в них содержится 200—400 мг/л. Состав вод динамичен.

Состав вод меняется под влиянием техногенной нагрузки. Загрязняющие вещества поступают в поверхностные воды за счет выбросов (жидких и газообразных) промышленных и коммунальнобытовых отходов, переноса веществ в результате водной эрозии, латерального потока и внутрипочвенной миграции. Грунтовые воды могут быть загрязнены также и при внутрипочвенном захоронении загрязняющих веществ.

Под влиянием техногенной нагрузки прежде всего меняется состав взвеси и увеличивается доля веществ в составе взвеси. В результате механической миграции соотношение между литофильными элементами и загрязняющими во взвеси меняется в пользу последних. Например, в фоновых условиях отношение Me в растворе/Ме во взвеси составляет для Zn 12—26, для Cu 2—4, для Mn 0,3—3, в техногенной зоне металлы концентрируются во взвеси (т. е., это отношение снизилось до значений < 1).

За счет техногенной аккумуляции в донных осадках могут образоваться техногенные геохимические аномалии. В них повышается степень накопления химических элементов, расширяется их перечень по сравнению с природными, состав парагенетических ассоциаций проявляет все большее сходство с пылеватой составляющей выбросов.

Под влиянием загрязнения меняется состав растворенной фракции. Повышается минерализация вод. Изменение состава вод связано с источниками загрязнения. Поверхностные воды городов становятся нередко солоноватыми с концентрацией солей до 1 г/л и более. Гидрокарбонатный состав вод сменяется в техногенной зоне на гидрокарбонатно-сульфатный, а в городах даже на хлоридно-натриевый. Содержание сульфатов и фосфатов увеличивается в десятки и сотни раз. Жидкие отходы сталелитейного производства меняют состав вод на хлоридно-кальциевый.

Загрязненные поверхностные воды способны к самоочищению. Самоочищение загрязненных вод происходит преимущественно за счет удаления загрязняющих вод в форме взвеси. Соотношение частиц металлов с переменной валентностью в водах может быть изменено под влиянием окисления ионов металлов перекисью водорода, постоянно присутствующей в водах в различных количествах. Донные отложения поверхностных водотоков служат приемником различных промышленных и сельскохозяйственных отходов, поступающих со сточными водами. Они являются конечным звеном переноса веществ с водосборной территории и их аккумуляции с русловыми отложениями. В случае загрязнения этих территорий в донных отложениях создаются специфические техногенные геохимические аномалии. По этой причине они традиционно используются для выявления состава, интенсивности масштаба техногенного загрязнения.

Техногенные геохимические аномалии загрязненных рек отличаются полиэлементным составом. Выявлены закономерности в формировании состава геохимических ассоциаций и интенсивности концентрирования химических элементов в донных отложениях рек, подверженных воздействию отходов разных видов производственной деятельности (Янин, 2002).

В донных отложениях горнорудных районов наблюдаются техногенные геохимические аномалии, отличающиеся от природных аналогов. Часто интенсивность концентрирования элементов-примесей в донных отложениях выше, чем в главных компонентах добываемых руд. Она нарастает в ряду: разведка—добыча-обогащение—переработка руд. Поступают загрязняющие вещества в донные отложения с аэрозольными выбросами, с отвалами горных пород и из хвостохранилищ, влияющих на состав поверхностного стока на территории горнорудного комплекса. Уровни содержания многих химических элементов в техногенных илах не уступают их количеству в рудах. Существенно увеличивается протяженность техногенных геохимических аномалий. Если протяженность природных геохимических аномалий (рудогенные потоки рассеяния) измеряется первыми сотнями метров, то длина техногенных потоков рассеяния достигает нескольких десятков километров. Особенно высок уровень накопления элементов в русловых отложениях ниже поступления стоков из хвостохранилищ. Например, в зоне воздействия молибден-вольфрамового горно-обогатительного комбината Северной Осетии ведущими элементами в геохимической ассоциации в донных отложениях являются Мо и W, в зоне влияния горнодобывающих работ существен вклад Sn, Pb, V, Ga, сопутствуют им Bi и Sb.

Влияние функционирования промышленно-урбанизированных комплексов на донные отложения рек региона установлено Е. П. Яниным (2002) на примере рек и ручьев Московской области. Наиболее интенсивно накапливаются в донных отложениях региона халькофильные элементы с низким кларком и высокой токсичностью (Hg, Ag, Cd, Sn, Bi, W, Mo, Pb, Zn, Cu, Ni), уровни их содержания в донных отложениях на 2—3 порядка превышают фоновые уровни. В общем случае качественные и количественные параметры загрязнения донных отложений в большей степени зависят от производственной инфраструктуры поселений, чем от их размеров. Как правило, наиболее интенсивные по мощности и комплексные по составу аномалии типичны для предприятий, использующих в технологическом цикле различные физико-химические процессы, осуществляющие получение и переработку цветных металлов.

В сельскохозяйственных районах состав геохимических ассоциаций донных отложений определяется спецификой использования земель водосборной территории. Особое значение имеет применение органических и минеральных удобрений, поступление сточных вод и отходов животноводства. Для большинства химических элементов, концентрирующихся в донных отложениях, типичны уровни Кс 1,5—7. Для зон воздействия животноводческих комплексов типично накопление в донных отложениях Hg, Ag, Zn, As, Se, P, в меньшей мере — Sn, Mo, Cd. В зонах земледелия и комплексного сельскохозяйственного использования наиболее заметна аккумуляция в донных отложениях Р, Ag, иногда As, Mn, Sn, Cd. В зонах влияния агропоселков — накопление Ag, Р, реже Bi, Ni, Zn, Pb; в отложениях водотоков вблизи дачных участков — Р, Sn, Mn, Ga. В подавляющем числе случаев наибольший уровень аккумуляции химических элементов в донных отложениях наблюдается на тех участках рек, которые подвержены воздействию животноводческих комплексов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источники загрязнения

Небольшая доля тяжелых металлов проникает в биосферу, благодаря естественным геохимическим процессам, таким, как, выветривание горных пород, вулканическая деятельность и другие. Основной загрязнитель природы тяжёлыми металлами — это антропогенный фактор, результат хозяйственной деятельности человека.

Промышленные сточные воды

В экосистемы тяжелые металлы поступают главным образом со стоками металлургических и горнодобывающих предприятий, а также заводов химической и легкой промышленности, где их соединения применяют в технологических процессах. К примеру, соединения цинка, меди, кобальта, титана используются в качестве красителей, соли хрома сбрасывают кожевенные фабрики, а никель и хром содержатся в отходах предприятий по гальваническому покрытию металлических изделий.

Неочищенные промышленные сточные воды загрязняют почвенный покров, подземные воды и ближайшие водоёмы соединениями тяжёлых металлов, провоцируя экологическую катастрофу.

Промышленные выбросы в атмосферу

Газодымовые выбросы предприятий, тепловых электростанций, выхлопные газы транспорта — всё это обуславливает загрязнение нижних слоёв атмосферы тяжёлыми металлами.

льнейшие химические превращения в атмосфере могут приводить к образованию более или, напротив, менее токсичных форм металлов.
Время нахождения тяжелых металлов в атмосфере и те расстояния, на которые они могут переноситься от источника выброса, зависит от размера частиц. Крупнодисперсные частицы, в первую очередь, выпадают в виде загрязняющих осадков на почву, водоёмы и включаются в миграционные процессы экосистем. Мелкодисперсные частицы дольше задерживаются в атмосферных слоях, находясь в подвижном, биологически активном состоянии.

Бытовые отходы

Свалки бытовых отходов так же являются накопителями тяжёлых металлов ввиду того, что без сортировки и должной утилизации туда сбрасывается большое количество опасных отходов.

Аккумуляторы, батарейки, ртутьсодержащие лампы, разбитые градусники, строительный мусор — это бытовые отходы с токсическим содержанием. Почва и растительность оказываются загрязнены на расстоянии 1,5 км от свалки.

Посредством осадков и талых вод токсические вещества просачиваются в грунтовые воды и ближайшие водоёмы, отравляя их.

Последствия для экологии

Отличительное свойство тяжёлых металлов — это неспособность разрушаться в природной среде: наоборот, они аккумулируются в экосистемах, причиняя долговременный вред. Следуя по звеньям миграционной цепи (почва — растения — животные — человек), тяжёлые металлы оказывают токсическое и канцерогенное действие на живые организмы.

Воздействие на гидросферу

Тяжёлые металлы мигрируют в природные водоёмы в основном в растворённом виде либо в виде взвеси. Часть соединений остаётся в растворённой форме, находясь на поверхности воды. Другая часть металлов-токсикантов сорбируется и аккумулируется фитопланктоном и другими водными микроорганизмами.

Нерастворимые соединения опускаются на дно водоёма, губительно действуя на донные микроорганизмы и в дальнейшем выступая, как источник вторичного загрязнения водоёма.

Присутствие тяжёлых металлов сокращает популяции рыб, млекопитающих, ракообразных в гидросфере, губительно действует на икру и мальков. В случаях предельного превышения доз наблюдаются мутации и гибель биоты.

На атмосферу

Испарения свалок и полигонов, газодымовые выбросы промышленных предприятий, выхлопы автотранспорта — эти техногенные факторы загрязняют нижние слои атмосферы соединениями тяжёлых металлов.

Последствия, которые наступают вследствие такого загрязнения:

• разрушение озонового слоя атмосферы, формирование озоновых дыр;
• усугубление парникового эффекта;
• формирование смога над мегаполисами;
• возникновение осадков с химическими примесями — дождей, туманов, снегопадов.

На почву

Почва выступает, как резервуар для тяжёлых металлов. Взаимодействуя с гумусом, металлы-токсиканты образуют труднорастворимые соединения, которые накапливаются в грунте.

Почва, в значительной степени загрязнённая тяжёлыми металлами, практически не подлежит очищению. Растения, выращенные на таком грунте, накапливают в себе аномальные дозы металлов. Они не пригодны для дальнейшего использования и подлежат уничтожению.

Восстановление почвенного покрова с загрязнением тяжёлыми металлами начинают с удаления и утилизации верхнего слоя грунта. На оставшейся почве высеивают быстрорастущие культуры, которые поглощают металлы из почвы, а после эту фитомассу удаляют.

На организм человека

Доли содержания токсичных веществ, поступающих в организм человека, попадают вместе с пищей, воздухом, водой. Поэтому отравление тяжёлыми металлами происходит через пищеварительный тракт, дыхательные пути и кожные покровы.

Последствия переизбытка основных тяжёлых металлов в организме человека:

• ртуть — попадая в организм, медленно выводится, накапливается в костях, волосах. Нарушает деятельность печени, мочевыделительной и репродуктивной систем;
• хром — провоцирует сбои в обмене веществ, угнетение иммунитета. Организм перестаёт усваивать питательные вещества;
• свинец — сильный канцероген, повышает возбудимость, провоцирует бессонницу, расстройство ЦНС. Нарушает работу мозга и сердечно-сосудистой системы;
• марганец — его избыток провоцирует подавленные состояния: повышает утомляемость, появляются сонливость, головокружение, депрессии;
• кадмий — является канцерогеном, вызывает нарушение нервной, костно-мышечной и репродуктивной систем.

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.

Ванадий (V)

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

Содержание ванадия в природных водоёмах

Природные водоёмы содержит ничтожное количество ванадия:

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

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

Предельно-допустимая концентрация ванадия для водной среды

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

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:

1. Выращивание устойчивых к загрязнению растений (колосовые зерновые, капуста, картофель, хлопчатник, свекла).
2. Фиторекультивация растениями, накапливающими металлы.
3. Контроль подвижности токсикантов в почве.
4. Регулирование соотношения элементов в почве.
5. 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

ГОСТ по питьевой воде на содержание тяжелых металлов

Таблица 1. ПДК тяжелых металлов в воде

Показатели	СанПиН 2.1.4.1074-01				ВОЗ	ЕС
	Ед. изм.	ПДК	Показ. вред.	Класс опасн.
Алюминий (Al3+)	мг/л	0,5	с.-т	2	0,2	0,2
Барий (Ва2+)	мг/л	0,1	с.-т	2	0,7	0,1
Ванадий (V)	мг/л	0,1	с.-т	3	0,1	–
Железо (Fe, суммарно)	мг/л	0,3(1,0)	орг.	3	0,3	0,2
Кадмий (Cd, суммарно)	мг/л	0,001	с.-т	2	0,003	0,005
Кобальт (Со)	мг/л	0,1	с.-т	2	–	–
Медь (Сu, суммарно)	мг/л	1	орг.	3	2,0(1,0)	2,0
Мышьяк (As, суммарно)	мг/л	0,05	с.-т	2	0,01	0,01
Ртуть (Hg, суммарно)	мг/л	0,0005	с.-т	1	0,001	0,001
Свинец (Pb, суммарно)	мг/л	0,03	с.-т	2	0,01	0,01
Селен (Se, суммарно)	мг/л	0,01	с.-т	2	0,01	0,01
Серебро (Ag+)	мг/л	0,05	–	2	–	0,1
Хром (Cr3+)	мг/л	0,5	с.-т	3	–	–
Хром (Cr6+)	мг/л	0,05	с.-т	3	0,05	0,05
Цианиды (CN-)	мг/л	0,035	с.-т	2	0,07	0,05
Цинк (Zn2+)	мг/л	5	орг.	3	3,0	5,0

Примечания:

с.-т – санитарно-токсикологический показатель;

орг. – органолептический показатель;

значения в скобках, могут приниматься в отдельных районах по указанию санитарного врача.

Как видно из таблицы, многие химические элементы находятся в виде различных лиганд, гидролизных или полимеризованных комплексов. Кроме прямого удаления загрязнений, немалое значение придается очистке воды от ионов тяжелых металлов и их соединений. Если присутствует значительное количество ионов тяжелых металлов в воде, увеличивается токсичность элемента из-за проявления кумулятивного эффекта.

Насыщенность токсичными химическими элементами питьевых ресурсов оценивается не только по их общему содержанию, но и по связанным и свободным формам, учитываются и соли тяжелых металлов в воде.

Распознавание нежелательных примесей сложной формы, проводят спектрометрическим или электрохимическим способом. Важное место в точном определении концентрации тяжелых металлов в воде занимает атомно-абсорбционная спектрометрия. Она подразделяется:

• на FAAS – плазменная атомизация;
• на GF AAS – электротермическая атомизация в графитовой ванночке.

Для выделения спектров нескольких металлов одновременно применяют эмиссионную или масс-спектрометрию, с плазмой связанной индукцией. Электрохимический способ распознавания основан на анализе вольт-амперных характеристик. Это сложные лабораторные методы определения уровня загрязнения воды тяжелыми металлами, на фото показаны:

• химическая лаборатория городской водозаборной станции;
• спектрометрический прибор для измерения тяжелых металлов в воде.

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.

Тяжелые металлы – польза и вред

Что такое тяжелые металлы?

Тяжелыми металлами называют более 40 химических элементов. Причем, однозначного списка этих элементов нет: иногда в их число включают все элементы таблицы Менделеева с атомным весом более 50, в другом варианте тяжелыми считаются металлы, у которых плотность равна или больше плотности железа (8 г/кв.см.).

Чаще всего в список тяжелых металлов попадают олово, вольфрам, теллур, сурьма, ртуть, свинец, висмут, галлий, мышьяк, железо, цинк, молибден, кадмий, хром, марганец, кобальт, никель, медь, германий, таллий.

В описании полезных свойств многих продуктов и БАДов можно увидеть утверждение: «Выводит тяжелые металлы из организма», что должно дополнительно привлечь потребителей.

Но на самом деле небольшое количество тяжелых металлов, измеряемое микрограммами, необходимо организму для нормальной работы, их вовсе не нужно выводить «подчистую». Например, цинк, хром, медь, хром (и не только) можно найти в перечне суперполезных для здоровья микроэлементов.

Проблема состоит в том, что эти вещества должны присутствовать внутри нас именно в микродозах, и даже незначительное превышение их содержания может привести к нежелательным последствиям, включая летальный исход.

Поэтому выводить избыток тяжелых металлов нужно обязательно!

Опасно для жизни!

Самыми опасными для здоровья и жизни человека являются ртуть, свинец, мышьяк и кадмий, которые, к сожалению, часто попа дают в наш организм из загрязненной внешней среды.

Ртуть

В количестве 1-5 мкг/сутки она должна поступать в организм, регулируя некоторые важнейшие для организма биохимические реакции.

Однако при избыточном попадании ртути в организм наступают тяжелые последствия. Особенно опасно ее летучее соединение – хлорид метилртути, которое попадает в эритроциты крови, вызывая тяжелую анемию, повреждая печень, могут полностью отказать почки.

При отравлении ртутью нарушаются слух и зрение, появляются язвы и высыпания по всему телу. Проникая в мозг, ионы метилртути вызывают серьезные нарушения в работе центральной нервной системы, вплоть до паралича и смерти.

Токсичными парами ртути заполняют люминесцентные лампы, ртутью заполняют термометры, и при неправильной утилизации ртутьсодержащих отходов она может попасть в организм. Соединения ртути входят в состав сельскохозяйственных пестицидов, а затем накапливаются в продуктах питания.

Свинец

В организме человека содержится около 2 мг свинца, в этом количестве он стимулирует процессы роста и регенерации тканей, участвует в кальциевом обмене, регулирует уровень гемоглобина в крови. Норма поступления этого элемента в организм 15-20 мкг/сутки.

Но уже при регулярном попадании в организм более 1 мг свинца проявляются первые неприятные симптомы, а 10 г считаются смертельной дозой. Хроническое отравление свинцом постепенно нарушает работу почек и нервной системы, вызывает анемию, заболевания костей и зубов. Появляются головные боли, ухудшается память, у мужчин снижается потенция.

Самый частый источник загрязнения воздуха свинцом – выхлопные газы автомобилей. Он также попадает в организм с водопроводной водой и растительной пищей.

Мышьяк

В количестве от 12 до 15 мкг/сутки мышьяк необходим организму, он является регулятором фосфорно-кальциевого обмена, входит в состав минеральных вод, которые полезны при болезнях ЖКТ, он содержится в мумие, знаменитом лечебном веществе.

Однако попадание в организм избыточного количества мышьяка или его токсичных соединений мешает усвоению витаминов А,С и Е, некоторых микроэлементов и аминокислот. При длительном избытке мышьяка в организме могут развиться онкологические заболевания гортани, печени, кожи, крови. Поражается костный мозг, ЖКТ, нервная система, легкие, почки.

Избыток мышьяка в организме связан с попаданием его в сельскохозяйственную продукцию с пестицидами и гербицидами, с курением или злоупотреблением виноградными винами.

Кадмий

В норме его содержание в организме от 1 до 5 мкг, он выполняет важные функции, которые до конца еще не исследованы. Например, кадмий оказывает существенное влияние на углеводный обмен, активирует некоторые ферменты, участвует в обмене других минеральных элементов.

Беда в том, что кадмий при малейшем превышении нормы становится сильнейшим ядом для организма, а это часто происходит при потреблении недостаточно чистой воды, при курении или работе на вредном производстве.

Кадмий поражает центральную нервную систему, нарушает фосфорно-кальциевый обмен, разрушая кости, вызывает анемию. При хроническом отравлении кадмием увеличивается риск рака мозга, поражается бронхолегочная система.

Как избавиться от лишнего?

К сожалению, отравление солями тяжелых металлов сложно диагностировать, они маскируются под многие хронические болезни, их часто принимают за последствия усталости или возрастные проблемы. Для точного диагноза нужны лабораторные исследования.

К счастью, опасное для жизни количество тяжелых металлов накапливается в организме долго, и мы имеем возможность очиститься изнутри, не дожидаясь трагических последствий.

Для этого предназначены энтеросорбенты. СИСТЕМА ОЧИЩЕНИЕ – мощный природный энтеросорбент на основе активных веществ морского животного и растительного мира.

О том, как работают основные компоненты СИСТЕМЫ ОЧИЩЕНИЕ – хитозан и альгинат кальция, читайте на сайте.

Что такое тяжелые металлы? Про хром, сурьму и цинк

В настоящее время известно около 40 химических элементов, которые относятся к тяжелым металлам. При этом далеко не все из них являются токсичными. Некоторые химические элементы из этой группы необходимы для нормальной жизнедеятельности организма, поэтому их относят к категории макро- и микроэлементов. И лишь при значительном превышении их концентрации в окружающей среде и продуктах питания они несут потенциальную опасность. Однако некоторые из них – ртуть, свинец, мышьяк, кадмий – даже в небольших концентрациях чрезвычайно опасны и могут нанести непоправимый вред здоровью человека.

Сколько элементов включает список тяжёлых металлов?

На сегодня не существует единого мнения относительно количества элементов в названном перечне, поскольку нет общих критериев, относящих металлы к тяжёлым. Тем не менее, список тяжёлых металлов может быть сформирован в зависимости от различных свойств металлов и их признаков. К ним относят:

• Атомный вес. Исходя из этого критерия, к названным принадлежат более 40 элементов с атомной массой, превышающей 50 а.е.м (г/моль).
• Плотность. Исходя из этого критерия, тяжёлыми считаются те металлы, у которых плотность равна или превосходит плотность железа.
• Биологическая токсичность объединяет тяжёлые металлы, негативно влияющие на жизнедеятельность человека и живых организмов. В их списке порядка 20 элементов.

Чем опасны

Их опасность заключается в способности поражать клеточные мембраны и изменять их проницаемость. Они также способны нарушать структуру нуклеиновых кислот и тем самым изменять качественные и функциональные характеристик белков. Все это приводит к спонтанным мутациям и нарушению обменных процессов в организме. В результате нарушается работа практически всех органов и систем организма, у детей замедляется рост и формирование организма, у взрослых нарушается репродуктивная функция. Эти соединения также являются потенциально опасными в плане канцерогенеза.

Влияние на организм человека

Большинство названных веществ оказывают негативное воздействие на все живые организмы. Ввиду значительной атомной массы, они плохо транспортируются и накапливаются в тканях человека, вызывая различные заболевания. Так, для человеческого организма кадмий, ртуть и свинец признаны как самые опасные и самые тяжёлые металлы.

Список токсичных элементов группируется по степени опасности по так называемым правилам Мертца, согласно которым наиболее токсичные металлы имеют наименьший диапазон экспозиции:

1. Кадмий, ртуть, таллий, свинец, мышьяк (группа самых опасных металлических ядов, превышение допустимых норм которых способно привести к серьёзным психо-физиологическим нарушениям и даже к летальному исходу).
2. Кобальт, хром, молибден, никель, сурьма, скандий, цинк.
3. Барий, марганец, стронций, ванадий, вольфрам

Это однако не означает, что ни один из элементов, сгруппированных выше, по правилам Мертца, не должен присутствовать в человеческом организме. Напротив, список тяжёлых металлов насчитывает в нем эти и ещё более 20 элементов, небольшая концентрация которых не только не опасна для жизнедеятельности человека, но и необходима в метаболических процессах, особенно железо, медь, кобальт, молибден и даже цинк.

Правильность отбора проб – важная составляющая

Чтобы обеспечить точность результатов исследований и минимизировать погрешность, важно правильно подойти к процессу отбора проб. Отметим, что он зависит от источника воды.

1. В случае с забором воды из систем городского водоснабжения используется чистая тара объемом от 1,5 л. Перед помещением воды в емкость необходимо сливать ее из крана в течение 10 минут, сполоснуть тару и после этого залить воду в бутылку, предварительно побеспокоившись об отсутствии пузырьков воздуха. Проба должна быть сдана в тот же день.
2. При заборе из скважины нельзя брать воду из гидроаккумулятора. Предварительно также требуется прокачать скважину в течение 30 минут, после чего повторить вышеописанные процедуры.
3. Если необходимо отобрать пробу из колодца, потребуется подготовить большую емкость и набрать в нее от 5 до 10 ведер воды, чтобы получить среднее значение по всем показателям. Далее повторяется процедура из первого пункта.

Как видите, самостоятельный отбор проб – это вполне реально, однако в таком случае всегда есть вероятность допустить ошибку, которая непосредственным образом повлияет на точность результатов. Чтобы избежать подобного, рекомендуется обратиться в квалифицированную лабораторию, специалисты которой осуществят отбор проб в соответствии со всеми стандартами и правилами.

Загрязнение окружающей среды тяжёлыми металлами

Элементами биосферы, подвергающимся загрязнению тяжёлыми металлами, являются почва и вода. Чаще всего виновниками этого выступают металлургические предприятия, перерабатывающие лёгкие и тяжёлые цветные металлы. Список загрязняющих агентов также пополняют предприятия по сжиганию мусора, автомобильные выхлопы, котельные, химико-производственные, типографические компании и даже электростанции.

Чаще всего токсинами являются: свинец (автомобильное производство), ртуть (пример распространения: разбитые в быту градусники и люминесцентные осветительные приборы), кадмий (образуется в результате сжигания мусора). Кроме этого, большинство заводов в производстве используют тот или иной элемент, который может быть охарактеризован как тяжёлый. Металл группы, список которой был приведен выше, в виде отходов поступает чаще всего в водоёмы и далее по трофической цепи доходит до человека.

Кроме техногенных факторов загрязнения природы тяжёлыми металлами, существуют также природные – это извержения вулканов, в лаве которых обнаружено повышенное содержание кадмия.

Таблица растворимости тяжелых металлов в воде

Определение тяжелых металлов в воде проводится по-разному. Существует много способов сделать это. Их содержание в средах воды можно определить с помощью физико-химического анализа, химического анализа. Зависимо от того, какое количество анализируемого продукта могут быть использованы такие способы определения:

• Микроанализ;
• Макроанализ;
• Полумикроанализ.

Есть два основных вида методов, с помощью которых можно провести определение. Это спектрометрические методы и электрохимические.

Особенности распространения в природе самых токсичных металлов

Ртуть в природе более всего локализуется в водной и воздушной среде. В воды мирового океана ртуть поступает из промышленных сливов, также встречаются пары ртути, образующиеся вследствие горения угля. Токсичные соединения аккумулируются в живых организмах, особенно в морепродуктах.

Свинец имеет широкую область распространения. Он накапливается и в горах, и в почве, и в воде, и в живых организмах, и даже в воздухе, в виде выхлопных газов от автомобилей. Конечно, свинец поступает в окружающую среду и в результате антропологического действия в виде отходов от промышленной отрасли и неутилизированных отходов (аккумуляторы и батарейки).

А источником загрязнения окружающей среды кадмием являются сточные воды промышленных предприятий, а также природные факторы: выветривание медных руд, вымывание почв, а также результаты вулканической активности.

Самые опасные

Опасность могут представлять практически все тяжелые металлы при значительном превышении их концентрации в крови и тканях. Однако наибольшую опасность несут ртуть, свинец, кадмий и мышьяк.

Где содержится	Патологическое действие	Особенности
Ртуть	Хищные виды морских рыб (акула, тунец, меч-рыба), мясо животных (особенно в почках и печени), орехи, какао-бобы.	У детей нарушает развитие ЦНС, у взрослых приводит к различным психическим и неврологическим нарушениям – головной боли, повышенной утомляемости, раздражительности, тремору.	Ртуть – токсин кумулятивного действия, то есть он способен к накоплению (кумуляции) в организме. Именно поэтому его содержание особенно велико в мясе взрослых и старых особей рыб и животных.
Свинец	Хищная морская рыба и морепродукты (моллюски, ракообразные), а также мясо животных. Попасть в организм может из консервов, вернее, из жестяной консервной банки и другой тары, крышка на которой запаивается с помощью свинцового припоя.	Повышенное содержание свинца нарушает интеллектуальное развитие у детей, а у взрослых может стать причиной развития сердечно-сосудистых и неврологических заболеваний. Характерные признаки отравления свинцом – головная боль, головокружение, ухудшение внимания и памяти, нарушения сна, повышенная потливость.	Одним из наиболее распространенных источников свинца в северных широтах являются грибы. Они впитывают в себя тетраэтилсвинец из выхлопных газов автотранспорта. Если вы насобирали грибов в 100-150 метрах от автотрассы, то можете быть уверенными в том, что вместе с ними получите изрядную дозу свинца.
Кадмий	Повышенные концентрации кадмия чаще всего встречаются в органах выделения животных и рыб (печень, почки), какао-бобах, зерновых, овощах и фруктах, молочных продуктах.	Хроническое отравление кадмием приводит к анемии, поражению костной и центральной нервной системы, дисфункции половых органов и нарушению репродуктивной функции.	В природе кадмий содержится в основном в минералах цинке. В организме он может замещать цинк в некоторых биохимических процессах. Поэтому при накоплении в кадмия нарушается, прежде всего, фосфорно-кальциевый обмен, что приводит к поражению костной ткани и нарушению целостности костей.
Мышьяк	Содержится в воздухе и грунтовых водах рядом с промышленными и горно-рудными предприятиями, угольными шахтами. Его повышенные концентрации также отмечаются в таких продуктах питания, как неочищенный (коричневый) рис, курином мясе, овощах и фруктах (особенно в яблочном соке), а также в белковых порошках и коктейлях.	Длительное отравление мышьяком приводит к дефектам развития у плода, развитию рака, лейкоза, заболеваниям дыхательной и мочеполовой системы.	Мышьяк накапливается в организме избирательно, в основном в коже и ее придатках – волосах, ногтях. Поэтому одним из первых признаков хронического отравления мышьяком является поражение кожи в виде изменения пигментации и повышенного ороговения – гиперкератоза.

Область применения тяжёлых металлов

Несмотря на токсичность, современная промышленность создаёт огромное множество полезных продуктов, перерабатывая тяжёлые цветные металлы, список которых включает сплавы меди, цинка, свинца, олова, никеля, титана, циркония, молибдена и др.

Медь – высокопластичный материал, из которого получаются разнообразные провода, трубы, кухонная утварь, украшения, кровельное покрытие и многое другое. Кроме того, она широко используется в машиностроении и кораблестроительстве.

Цинк обладает высокими антикоррозийными свойствами, поэтому распространено использование цинковых сплавов для покрытия металлических изделий (т. н. оцинковка). Области применения продуктов из цинка: строительство, машиностроение, полиграфия (изготовление печатных форм), ракетостроение, химическая промышленность (производство лаков и красок) и даже медицина (антисептические средства и др.).

Свинец легко плавится, поэтому используется в качестве сырья во многих отраслях: лакокрасочной, химической, автомобильной (входит в состав аккумуляторов), радиоэлектронной, медицинской (изготовление защитных фартуков для пациентов во время прохождения рентген-исследований).

Ванадий (V)

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

Содержание ванадия в природных водоёмах

Природные водоёмы содержит ничтожное количество ванадия:

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

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

Предельно-допустимая концентрация ванадия для водной среды

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

Марганец (Mn)

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

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

Мигрирует марганец в основном в форме взвеси, которые, как правило, говорят о составе окружающих пород. В них он содержится как смесь с другими металлами в виде гидроксидов. Преобладание марганца в коллоидальной и растворенной форме говорят о том что он связан с органическими соединениями образуя комплексы. Стабильные комплексы замечаются с сульфатами и бикарбонатами. С хлором, марганец образует комплексы реже. В отличие от других металлов, он слабее удерживается в комплексах. Трехвалентный марганец образует подобные соединения только при присутствии агрессивных лигандов. Другие ионные формы (Mn4+, Mn7+)менее редки или вовсе не встречаются в обычных условиях в реках и озерах.

Содержание марганца в природных водоёмах

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

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

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

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

Предельно-допустимая концентрация марганца для водной среды

ПДК марганца для водоёмов — 0,1 мг/л. ПДК марганца двухвалентного (Mn2+) для рыбохозяйственных прудов ПДКрыбхоз — 0,01 мг/л, а для морских водоемов — 0,05 мг/л.

Никель (Ni)

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

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

Вода может содержать никель в растворённой, коллоидальной и взвешенной формах (баланс между этими состояниями зависит от рН среды, температуры и состава воды). Гидроксид железа, карбонат кальция, глина хорошо сорбируют соединения содержащие никель. Растворённый никель находится в виде комплексов с фульвовой и гуминовой кислот, а также с аминокислотами и цианидами. Самой стабильной ионной формой считается Ni2+. Ni3+, как правило, формируется при большом рН.

В середине 50ых годов никель был внесён в список микроэлементов, потому что он играет важную роль в разных процессах как катализатор. В низких дозах он имеет положительный эффект на кроветворные процессы. Большие дозы всё-таки очень опасны для здоровья, ведь никель — канцерогенный химический элемент и может спровоцировать разные заболевания дыхательной системы. Свободный Ni2+ более токсичный, чем в форме комплексов (примерно в 2 раза).

Уровень никеля в природных водоёмах

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

Предельно-допустимая концентрация никеля для водной среды

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

Олово (Sn)

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

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

Содержание олова в природных водоёмах

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

Предельно-допустимая концентрация олова для водной среды

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

Характеристики самого плотного металла

Ученые сошлись во мнении, что, несмотря на практически одинаковую плотность, иридий совсем чуть-чуть уступает самому тяжелому металлу. Однако полностью физико-химические свойства этих двух элементов пока не изучены.

Редкостью и трудозатратностью добычи обусловлена стоимость осмия – в среднем от $15 000 за грамм. Он внесен в группу платиновых и условно считается благородным, однако название металла противоречит статусу: по-гречески «осме» значит «запах». Из-за высокой химической активности осмий пахнет смесью чеснока или редьки с хлором.

Температура плавления самого тяжелого металла – 3033 °C, а кипит он при 5012 °C.

Застывая из расплава, осмий образует красивые кристаллы с интересным сине- или серебристо-голубым отливом. Но, несмотря на красоту, для изготовления драгоценных аксессуаров он не подходит, так как не обладает свойствами, необходимыми ювелирам: ковкостью и пластичностью.

Элемент ценен только из-за особой прочности. Сплавы, в которые добавляют совсем малые дозы самого тяжелого металла, становятся невероятно износостойкими. Обычно им покрывают узлы, подвергающиеся постоянному трению.

История открытия

1803—1804 годы стали для самого тяжелого металла поворотными: именно в это время его открытие проходило практически в условиях соревнований.

Сначала английский химик Смитсон Теннант и его ассистент Уильям Хайд Уолластон, совершившие не одно важное открытие, обнаружили в процессе эксперимента с платиновыми рудами и азотной и соляной кислотами необычный осадок с характерным запахом и поделились своей находкой с другими.

Далее эстафету перехватили французские ученые Антуан де Фуркруа и Луи-Николя Воклен и на основе предыдущих и своих собственных исследований заявили об обнаружении нового элемента. Название ему дали «птен», что значит «летучий», так как в результате опытов они получали летучий черный дым.

Однако и Теннант не спал: он продолжал свои исследования и не упускал из виду опыты французов. В итоге Смитсон добился более конкретных результатов и в официальном документе, отправленном Лондонскому королевскому обществу, указал, что разделил птен на два родственных элемента: иридий («радуга») и осмий («запах»).

Где применяют

Список сфер применения довольно обширен: авиация, военная и ракетная техника, аэрокосмическая промышленность, медицина. Хотя производители оружия уже задумываются, чем можно заменить самый тяжелый в мире металл, так как осмий слишком трудно обрабатывать.

Почти половина мировых запасов самого тяжелого металла отдана на нужды химической промышленности. Им окрашивают живые ткани под микроскопом, обеспечивая их сохранность. Кроме того, его применяют как краситель при росписи фарфора.

Изотопы самого тяжелого металла используют для изготовления тары для хранения ядерных отходов.

А еще этот элемент используется для изготовления элитных «вечных» авторучек и часов «Ролекс».

Места природного залегания

В чистом виде осмий обнаружить практически нереально. Обычно этот тяжелый элемент встречается в соединении с иридием. Вещество содержится в месторождениях платиновых руд и на месте падения или в самих попавших на Землю метеоритах.

Железо (Fe)

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

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

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

Содержание железа в природных водоёмах

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

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

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

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

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

Предельно-допустимая концентрация железа для водной среды

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

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

Серебро (Ag)

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

В растворе, самые важные соединения являются галоидные соли серебра.

Содержание серебра в природных водоёмах

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

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

Источник https://ecosoft.ua/blog/tyazhelye-metally-v-vode/

Источник https://ug-plastics.ru/ekoproblemy/tyazhelye-metally-v-biosfere.html

Источник https://ekochistdon.ru/voprosy-ekologii/zagryaznenie-vody-tyazhelymi-metallami.html