Приоритетные загрязняющие вещества
Поведение токсикантов в природных средах определяется их комплексообразующей способностью, подвижностью, склонностью к гидролизу, растворимостью, а одним из проявлений токсичности является канцерогенность — способность металлов проникать в живую клетку и вызывать ее хромосомные нарушения, приводящие к образованию злокачественных опухолей. Важным свойством считается и биохимическая активность… Читать ещё >
Приоритетные загрязняющие вещества (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
В настоящее время общее количество загрязняющих окружающую среду веществ превышает 20 тыс. Загрязняющие химические продукты классифицируют по источникам поступления, областям применения и характеру воздействия. Основные загрязнители окружающей среды, их главные источники и возможное влияние на состояние среды и здоровье человека отражены в табл. 68. Другой тип классификации химических продуктов — деление их на природные и не свойственные окружающей среде (ксенобиотики). Ксенобиотиками называют вещества, по своей структуре и биологическим свойствам чуждые биосфере и полученные исключительно в результате химического синтеза. Степень «несвойственное™» таких химических веществ природе различна, поскольку по своей структуре они могут быть совсем близкими к природным веществам или полностью отличаться от них (например, идентичные природным ароматические вещества, выпускаемые промышленностью; близкие к природным инсектициды — синтетические пиретроиды в противоположность соединениям с новой структурой, созданной человеком).
Таблица 68
Основные загрязнители окружающей среды, их главные источники и возможное их влияние на состояние среды и здоровье человека (по С. В. Алексееву, 1997).
Вид загрязнителей. | Основные источники загрязнения. | Возможное влияние на состояние среды и здоровье человека. |
Оксид серы (IV), сернистый газ S02 | Сжигание топлива, металлургия. | Изменение климата, образование «кислотных осадков», обострение респираторных заболеваний у человека, повреждение растений, разъедание строительных материалов и некоторых тканей, усиление коррозии металлических конструкций. |
Взвешенные частицы, содержащие тяжелые металлы. | Разработка полезных ископаемых, вспашка почвы, металлургия. | Изменение климата, состояния озонового слоя, увеличение концентрации тяжелых металлов в цепях питания. |
Озон 03 | Фотохимические реакции в атмосфере. | Изменение климата, негативное влияние на здоровье человека. |
Оксиды азота NOx | Сжигание топлива, транспорт, азотсодержащие минеральные удобрения, авиация. | Изменение климата, состояние озонового слоя, образование «кислотных осадков». Увеличение концентрации нитратов (нитритов) в пищевых цепях, усиление коррозии, возникновение смога и др. |
Вид загрязнителей. | Основные источники загрязнения. | Возможное влияние на состояние среды и здоровье человека. |
Диоксид углерода С02 (углекислый газ). | Сжигание топлива, транспорт. | Изменение климата, «парниковый эффект». |
Ртуть Hg. | Разработка ртутьсодержащих руд, производство хлора, соды, ряда пестицидов, свалки. | Накопление в организмах по пищевым цепям. |
Свинец Pb. | Транспорт, металлургия. | Накопление в организмах по пищевым цепям. |
Кадмий Cd, цинк Zn, медь Си и другие тяжелые металлы. | Химическая промышленность, металлургия. | Гибель обитателей водоемов в результате накопления по пищевым цепям. |
Оксид углерода СО (угарный газ). | Сжигание топлива, транспорт. | Изменение климата, нарушение теплового баланса верхних слоев атмосферы. |
Асбест. | Строительные материалы. | Негативное влияние на здоровье человека. |
Нефть. | Нефтехимическая промышленность. | Нарушение теплообмена гидросферы с атмосферой, гибель морских организмов. |
Полициклические углеводороды. (бенз (а)пирен). | Химическая промышленность, сжигание топлива, транспорт, курение. | Изменение климата, состояния озонового слоя, негативное влияние на здоровье человека. |
Фосфаты. | Химическая промышленность, производство фосфорных удобрений. | Неблагоприятное состояние вод в реках и озерах. |
Пестициды. | Химическая промышленность, производство пестицидов. | Накопление в организмах по пищевым цепям. |
Фторхлорпроизводные углеводородов (фреоны). | Холодильная промышленность, производство аэрозольных упаковок. | Разрушение озонового слоя планеты, изменение климата. |
Радиация. | Естественный (в основном радоновый) и искусственный фон (медицинское обслуживание, испытание ядерного горючего, АЭС). | Злокачественные новообразования и генетические мутации. |
Разнообразие и большая численность загрязняющих веществ делают практически невозможным контроль за содержанием каждого из них в объектах окружающей среды. Поэтому среди множества химических веществ выделяют те, которые производятся в крупных масштабах (больше 1000 кг/год) и представляют особую опасность для различных экосистем. Эту группу веществ называют приоритетными загрязняющими веществами.
Для обоснованного выбора приоритетных химических веществ обычно придерживаются определенных требований, изложенных в Международной программе по химической безопасности. Приоритетными считают вещества, имеющие следующие характеристики:
- 1) широкое распространение в окружающих человека микросредах, уровень воздействия, способный вызвать неблагоприятные изменения в состоянии здоровья населения;
- 2) устойчивость к воздействию факторов окружающей среды, накопление в организме, включение в пищевые цепи или в природные процессы циркуляции веществ;
- 3) частота и тяжесть неблагоприятных эффектов, наблюдаемых в состоянии здоровья населения при воздействии токсического агента, особенно необратимые или длительно протекающие изменения в организме, приводящие к генетическим дефектам, или другие нарушения развития у потомства;
- 4) постоянный характер действия;
- 5) изменение (трансформация) химического вещества в окружающей среде или организме человека, приводящее к образованию продуктов, имеющих большую, чем исходное вещество, токсичность для человека;
- 6) воздействие на большую часть популяции населения (вся популяция, профессиональные контингенты или подгруппы с повышенной чувствительностью к воздействию данного токсиканта).
В 1980;х гг. Агентством по охране окружающей среды США (ЕРА) и ответственными органами стран Европейского сообщества был составлен список приоритетных загрязняющих веществ, включавший около 180 химических соединений. Анализ этого списка показывает, что около 60% приоритетных загрязняющих веществ относится к хлори бромсодержащим соединениям (В. В. Дмитриев, Г. Т. Фрумин, 2004).
Странами ООН, участвующими в мероприятиях по улучшению и охране окружающей среды, согласован общий перечень наиболее важных (приоритетных) веществ, загрязняющих биосферу. К их числу обычно относят соединения тяжелых металлов, пестициды, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), хлорорганические соединения (ХОС), нефтепродукты, фенолы, детергенты, нитраты. Из этого перечня приоритетных загрязняющих веществ наиболее опасны тяжелые металлы, полиароматические углеводороды и хлорорганические соединения.
Среди приоритетных химических веществ, загрязняющих биосферу, особое место занимают металлы. Это обусловлено следующими причинами.
- 1. Скорость извлечения металлов из земной коры человеком выше, чем геологическая скорость их извлечения (табл. 69). Основными антропогенными источниками загрязнения металлами служат различные топливные установки, предприятия черной и цветной металлургии, горнодобывающие предприятия, цементные заводы, химические предприятия, гальванические производства и транспорт.
- 2. В отличие от органических загрязняющих веществ, подвергающихся процессам разложения, металлы способны лишь к перераспределению между отдельными компонентами географической оболочки.
- 3. Металлы сравнительно легко накапливаются в почвах, но трудно и медленно из нее удаляются. Период полуудаления из почвы цинка — до 500 лет, кадмия — до 1100 лет, меди — до 1500 лет, свинца — до нескольких тысяч лет.
- 4. Металлы хорошо аккумулируются органами и тканями человека, теплокровных животных и гидробионтов.
- 5. Металлы, особенно тяжелые, высокотоксичны для различных биологических объектов.
Таблица 69
Скорость извлечения металлов из земной коры (т/год).
(по В. В. Дмитриеву, Г. Т. Фрумину, 2004).
Элемент. | Геологическая скорость (vp. | Скорость извлечения человеком (Vh). | |
Железо. | 2,5 • 107. | 3,2 • 108 | 12,8. |
Медь. | 3,8 • 105 | 4,5 • 106 | 11,8. |
Цинк. | 3,7 • 105 | 3,9 • 106 | 10,5. |
Свинец. | 1,8 • 105 | 2,3 • 106 | 12,5. |
Марганец. | 4,4 • 105 | 1,6 • 106 | 3,6. |
Олово. | 1,5 • 103 | 1,7 • 105. | |
Молибден. | 1,3 • Ю4 | 5,7 • 104 | 4,4. |
Ртуть. | 3,0 • 103 | 7,0 • 103 | 2,3. |
Серебро. | 5,0 • 103 | 7,0- 103 | 1,4. |
С конца 1960;х гг. в специальной научной литературе появился термин «тяжелые металлы», который сразу же приобрел негативное звучание. Однако надо иметь в виду, что многие из причисляемых к этой группе элементов жизненно необходимы (эссенциальны) для различных живых организмов. Набор тяжелых металлов (ТМ) во многом совпадает с перечнем «микроэлементов». Под микроэлементами подразумеваются химические элементы, облигатные (обязательные) для растительных и животных организмов, содержание которых измеряется величинами порядка п ? 10~2 п • 10-5 %. Их называют также следовыми, малыми, редкими, рассеянными.
В целом деление элементов на «полезные» и «вредные» достаточно условно — у каждого из них существует свой порог концентрации, после которого «полезный» элемент переходит в разряд «вредных» или ядовитых. Отнесение к разряду токсичных отражает высокую вероятность негативного воздействия элемента на организм человека, а токсикантом называют вещество, способное оказывать ядовитое действие на организмы (В. В. Гавриленко, 1993).
В зависимости от степени отравляющего воздействия металлы подразделяют на три класса: I класс — As, Cd, Hg, Se, Pb, Zn; II класс — Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr; III класс — Ba, V, W, Mn, Sr. В табл. 70 приведены эколого-геохимические особенности некоторых металлов-токсикантов.
Эколого-геохимические особенности некоторых металлов-токсикантов (по В. А. Алексеенко, 2000).
Таблица 70
Элемент. | Кларк по А. П. Виноградову, % по массе. | Наиболее распространенные минеральные формы. | пдк | ||
воздуха, мг/м3 | воды, мг/л. | почвы, мг/кг. | |||
А1. | 8,05. | Боксит — смесь оксидов и гидроксидов. | —. | 0,5. | —. |
Be. | 0,38. | Берилл Be3Al2[Si6018], бертрандит Be4[Si207](0H)2, хризоберилл ВеА1204, гельвин (Mn, Fe)8[BeSi04]6S2 | 0,0002. | ||
Bi. | 9•10−7. | Самородный висмут Bi, висмутин Bi2S3 | —. | 0,1. | —. |
V. | 0,009. | Ванадинит. Pb5[V04]3Cl, карнотит K2((U02)2(V208)) • ЗН20, патронит VS4, ванадийсодержащий титаномагнетит. | 0,02. | 0,1. | |
W. | 1,3 • 10−4. | Вольфрамит (Fe, Mn) W04, шеелит CaW04 | —. | 0,05. | —. |
Cd. | 1,3 • ю-6 | Кадмийсодержащий сфалерит, гринокит CdS. | 0,001. | 0,001. | —. |
Со. | 0,0018. | Шмальтин CoAs3.2, саффлорит CoAs2, кобальтин (Со, Fe) AsS, кобальтсодержащий пирит. | 0,01. | 1,0. | 5,0. |
Элемент. | Кларк no А. П. Виноградову, % по массе. | Наиболее распространенные минеральные формы. | пдк | ||
воздуха, мг/м3 | воды, мг/л. | почвы, мг/кг. | |||
Li. | 0,0032. | Сподумен LiAl[Si206], амблигонит LiAl[P04](F, OH), петалит Li[AlSi4O10], лепидолит KLii 5A1i>5 [AlSi3O10] • [ОН]2 | 0,003. | ||
Мп. | 0,1. | Пиролюзит Мп02, манганит Мп203 • Н20, псиломелан ВаМп2+Мп94+О20 • ЗН20, браунит Мп203, родохрозит Мп[С03]. | 0,01. | ||
Си. | 0,0047. | Халькопирит CuFeS2, халькозин Cu2S, борнит Cu5FeS4, малахит Си2[С03] (ОН)2, азурит Си3[С03]2(0Н)2 | 0,002. | ||
As. | 1,7 • 10-4 | Арсенопирит FeAsS, реальгар AsS, аурипигмент As2S3, скородит Fe[As04] • Н20. | 0,003. | 0,03. | 2,0. |
Ni. | 0,0058. | Никелин NiAs, хлоантит NiAs3.2, пентландит (Fe, Ni)9S8, гарниерит (Ni, Mg)4[Si4O10](OH)4 • 4Н20. | 0,001. | 0,1. | |
Hg. | 8,3 • 10-6 | Киноварь HgS, шватцит (Cu, Hg)12Sb4S13 | 0,0003. | 0,0005. | 2,1. |
Pb. | 1,6 • 10−3. | Галенит PbS, бурнонит PbCuSbS3, буланжерит Pb5Sb4S11, джемсонит Pb4FeSb6S14, церуссит РЬ[С03]. | 0,0003. | 0,03. | 20,0. |
Se. | 5•10−6. | Селенсодержащий пирит, селенсодержащий галенит. | 0,5. | 0,001. | —. |
Sb. | 5•10−5. | Антимонит Sb2S3, бертьерит FeSb2S4, оксиды и гидроксиды сурьмы. | 0,05. | ||
Та. | 2,5 • lO-4 | Танталит (Fe, Mn)(Ta, Nb)206, лопарит (Na, Ce, Ca). (Nb, Ti)03, пирохлор (Na, Ca)2(Nb, Ta, Ti)206 • (OH, F). | 0,0001. | ||
Cr. | 0,0083. | Хромшпинелиды (Fe, Mg) (Fe, Al, Cr)204 | 0,0015. | 0,5. | 0,05. |
Zn. | 0,0083. | Сфалерит ZnS, смитсонит Zn[C03], каламин Zn4[Si207] [OH] 2 • H20. | 0,05. | 1,0. | |
Поведение токсикантов в природных средах определяется их комплексообразующей способностью, подвижностью, склонностью к гидролизу, растворимостью, а одним из проявлений токсичности является канцерогенность — способность металлов проникать в живую клетку и вызывать ее хромосомные нарушения, приводящие к образованию злокачественных опухолей. Важным свойством считается и биохимическая активность металлов. Например, ртуть, в виде ртутных отходов сбрасываемая в реку, впадающую в бухту Минамата (Япония), микробиологическим путем превращалась в метилртутъ (о чем первоначально и не подозревали), которая через планктон, моллюсков и рыб в конце концов попадала в пищу. В этом цикле ртуть постепенно концентрировалась и в конце пищевой цепи, дойдя до человека, достигала своей токсической концентрации. Подобного рода биоаккумуляция возможна только тогда, когда загрязняющее вещество поступает в организм быстрее, чем выводится из него. При этом обычно наиболее канцерогенными считают водорастворимые соединения металлов, хотя иногда опаснее оказываются жирорастворимые соединения. Например, в случае с вышеупомянутыми соединениями ртути опасность для организмов возрастает вследствие их устойчивости и липофильности (взаимодействию с жирами), обусловливающими большой период полувыведения (время, в течение которого выделяется или разрушается половина усвоенного организмом вещества). Для большинства тканей организма человека период полувыведения ртути 70—80 дней.
Время жизни химических веществ в разных средах — их важнейшее экологическое свойство: для заметного накопления поллютантов в литосфере, поверхностных и подземных водах время их жизни должно быть не менее года, для распространения в атмосферном воздухе на большие расстояния — не менее полусуток (Д. О. Горелик, Л. А. Конопелько, 1992). Поэтому по времени жизни в атмосфере все антропогенные химические вещества подразделяют на две группы: а) со временем жизни более года — диоксид углерода (С02), фреоны и др.; б) со временем жизни менее 10 суток — оксид серы, оксиды азота и др.