Іздат§ДИю українського університет
^
ВАЖКІ МЕТАЛИ ЯК супертоксикантів XXI СТОЛІТТЯ
Допущено Міністерством освіти Укаїни як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів, що навчаються за напрямом «Екологія і природокористування», а також спеціальностями «Екологія» і «Природокористування»
Видавництво українського університету дружби народів
професор, доктор хімічних наук С.І. Петров професор, доктор хімічних наук Є.Р. Мшаева
Давидова СЛ. Тагасов В.І.
Затверджено РІС Вченої ради українського університету дружби народів
Розглядаються сучасні проблеми забруднення навколишнього-щей середовища в зв'язку з наявністю важких металів - свинцю, ртуті, кадмію, ванадію, нікелю і багатьох інших - в атмосфері, гідросфері, грунтовому та рослинному царстві, харчових продуктах, що загрожує стану здоров'я населеніяУкаіни та інших країн. При цьому мова йде не тільки про ступінь забруднення важкими металами різних сфер, але і методах нейтралізації їх шкідливого впливу на довкілля.
Для студентів і аспірантів вищих навчальних закладів, навчаю-трудящих за спеціальностями «Екологія» і «Природокористування», а також хімічних та біологічних напрямків. Посібник може бути реко-мендовано екологам, інженерам і технологам, зайнятим в різних від-галузях промисловості.
ISBN 5-209-01318-9 ББК 28.081 + 24
Челябінський ГОСУІІВКРСІТЕТ БІБЛІОТЕКА
Передмова Надходження важких металів у навколишнє середовище - серйозна загроза природі і людині
Бережіть ці землі, ці води,
навіть малу билинку люблячи, Бережіть всіх звірів всередині Природи, Вбивайте лише звірів всередині себе.
Є. Євтушенко (1977)
Ось уже десять років в літературі російською мовою ши-роко використовується приставка super (надмірно, понад - англ.), Як-то: «супермаркет», «суперавто» та ін. З'явилася) та приставка і в науковій літературі, стали писати « супер-каталізатори »« суперрастворітелі », а потім - і« суперток-сіканти ». Цей термін потрапив в заголовок книги застосуй-тельно до важких металів невипадково: багато важкі ме-Таллі (вони отримали свою назву через їх порівняй тельно високих атомних мас) є сьогодні не тільки небезпечними, але і «суперопаснимі» для здоров'я населення і природи в цілому. До теперішнього часу вже накопичилося багато даних про шкідливий вплив важких металів на людину, тварин, рослини. І перш за все - це ртуть, миш'як, кадмій, хром, свинець, список цей можна продов-жити до 20 найменувань!
Людина сама, спочатку своїми руками, потім машинами, добув металеві елементи з надр землі, справив з них продукцію різного призначення (від промислових виробів до ліків або харчових добавок). При цьому в від-носінні одних важких металів досить давно (напри-заходів, миш'як і ртуть), а інших - порівняно недавно (на-приклад, кобальт і хром) стало відомо, що важкі метал-ли можуть представляти для дорослого, тим більше для дитини, смертельну небезпеку.
Джерела емісії важких металів та шляхи їх про-нення в навколишнє середовище відрізняється різноманітністю третьому, але в основному вони мають техногенне походження як наслідки урбанізації та індустріалізації. Розвиток промисловості, сільського господарства, енергетики та транс-порту, інтенсивний видобуток корисних копалин - все це призвело до вступу в повітря, воду, грунт, рослини сотень високотоксичних (щорічно ще й нових) хімічних ве-вин, в тому числі і «металевих» забруднювачів. Після цього відбувається їх проникнення в організм людини і жи-Вотня, а це вже «досягнення» останніх десятиліть. У тілах ескімосів або високогірних швейцарців, замерзлих сотні років назад, або в тканинах єгипетських мумій ученим не вдалося виявити ніяких сучасних металлотоксікан- тов навіть і в невеликій кількості.
Останнім часом накопичення різних важких метал-лов в організмі людини сильно сприяло повсюдний-ве застосування побутових хімічних засобів - розчиніть-лей, миючих складів, харчових барвників, ароматизаторів, консервантів і т.п. Взаємозв'язку джерел «металевих» токсикантів, природного середовища і людини стали надзвичайно широкими, а це ще більше збільшує ареал їх небезпеки (схема 1).
Уже більше чверті століття назад ООН був прийнятий список найбільш небезпечних для людини речовин, серед яких ок-сіди азоту (NOx), сірки (SOx) і вуглецю (сіх), вуглеводні і хлорорганічні сполуки (ДДТ, ПХБ), нітрати
(MNO3) і нітрити (MNO2), аміак, ртуть, свинець, кадмій, а також зважені в повітрі пилові частинки, концентр-рующие на своїй поверхні важкі метали.
До теперішнього часу встановлено і діють у всьому світі гранично допустимі концентрації (ГДК) поч-ти для всіх металевих елементів і їх з'єднань: при-мірно для 1 ТОВ речовин в повітрі і такої ж кількості - у воді та грунті. Ці дані багаторазово уточнювалися, доповнивши-лись і до теперішнього часу досить стабільні; вони яв-ляють досить жорсткими у всьому світі, але далеко не завжди і не скрізь вУкаіни дотримуються! Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ) в рамках Міжнародної програм-ми хімічної безпеки встановила «Гігієнічні критерії стану довкілля» для багатьох метал-лов. Дані токсичності і біологічної переносимості хімічних елементів показані в табл. 1, де на фрагменті Періодичної системи Д.І. Менделєєва виділені три блоки елементів: для неперехідних sup два верхніх блоку і для перехідних d і / нижній блок.
Розрізняють високотоксичні елементи, які мають I і II класи небезпеки, і общетоксічние - з більш низьким клас-
сом небезпеки III; крім того є ще слабоізученной, з не-ясною токсичністю. Серед металів з біологічної важ-ності існують такі життєво необхідні, як натрій, калій, магній, кальцій, марганець, залізо, кобальт, мідь, цинк, молібден, а також можливо життєво важливі, але по-ка слабо вивчені. Серед останніх відомі метали з уже встановленими корисними функціями для деяких рослин і тварин (алюміній, миш'як, літій, нікель, рубідій, селен, стронцій, титан, ванадій), а також і з про-гнозіруемимі властивостями (берилій, кадмій, кремній, хром , скандій, барій, цезій). У табл. 1 виділені метали, достовірно визнані остротоксичні: миш'як, кадмій, ртуть, свинець, хром, ванадій, нікель.
Але саме медико-санітарне вплив хімічних елементів на життєдіяльність поки вивчено недостатньо: ГДК (і інші норми) виведені емпірично, при отсутст-вії загальної теорії. Не враховуються особливості хімізму природних і техногенних систем, не завжди конкретні ток-Січной властивості віднесені до певних сполук або формам елемента. Невідомо сумарний вплив неяк-ких токсикантів, тобто ефектів їх «антагоністичного» або «синергічного» взаємодії. Хоча саме ці пробле-ми є найбільш гострими, так як зазвичай в будь-якій екосистемі одночасно присутні різні токсичні метали; більш того, антагонізм і синергізм можуть навіть змінювати один одного при різних умовах.
За господарським і територіальними ознаками ис-гасити розташоване поблизу металлотоксікантов поділяють на локальні та просторові, а за швидкістю емісії в навколишнє середовище і об'єкти живої природи - на регулярні та залпові.
Так, наприклад, надзвичайно велике негативний вплив все зростаючого автомобільного парку на забруднення го-родовУкаіни, причому не тільки отруйними поліароматіче-ськими вуглеводнями і бензопірену, а й свинцевими отрутами. Загальний обсяг викидів забруднюючих речовин від ав-автомобільним транспорту в Укаїни складаючи-ет вже більше 80% від загальної кількості антропогенного за-бруднення повітря (близько 5,5 тис. Т сполук свинцю в рік). Результат загальновідомий - широко поширені захворювання верхніх дихальних шляхів у жителів росій-ських міст.
Сумний досвід наших великих міст показує, що надзвичайно небезпечні для людини також і промисло-ні та побутові відходи, особливо ті, які містять важкі метали, і не тільки при складуванні або захо-Ронен, але особливо при їх спалюванні. Довгий час в Рос-ці невиправдано вважалося, що термічна технологія на мусоросжігаюгціх заводах дозволяє ефективно обезвре-проживати будь-які токсичні відходи з утворенням нетоксичний-них речовин.
Дані останніх років свідчать про те, що спалювання відходів є джерелом залпового поступ-лення важких металів у навколишнє середовище у вигляді окси-дов свинцю (РЬО і РЬ02), міді (ДІВ), цинку (ZnO), олова (SnO ±) і ін . Ось чому в більш розвинених країнах вже при-няти законодавчих актів, які наклали заборону майже на всі способи термічного знищення відходів, що містять токсичні хімічні, в тому числі і металеві-етичні речовини, бо важкі метали мають унікальну і до кінця невідому біологічну активність. Вони поширюються в навколишньому середовищі далеко за межі своєї первісної емісії, вже на рівні мікропріме-сей надаючи вплив на всі живі організми.
Підкреслимо, що вплив важких металів на ок-ружа середу залежить не тільки від їх хімічних властивостей, але в рівній мірі і від властивостей продуктів їх дест-рукции і від концентрації тих і інших у викидах і сбро-сах. Найважливішим параметром, що визначає масштаб рас-рення металу як забруднювача в атмосфері, являє-ся час життя в атмосфері, виходячи з якого забруднюючих-щие викиди діляться на наступні групи:
частина призводить до загрязненіюглобального масшта-ба. Сюди відносяться викиди речовин (оксидів металів, на-приклад РЬОг) з тривалим часом життя в атмосфері (багато років) або здатні швидко поширюватися в ок-ружа середовищі всієї планети, завдяки їх високій літа-честі (метил-ртуть Hg (CH3) і диметилртуть Hg (CH3) 2);
інша частина призводить до загрязненіюв регіональ-ному масштабі. Це викиди речовин з обмеженим (до декількох діб) часом життя в атмосфері. Вони спо-собнимі приводити до забруднення району, за межами кото-рого концентрація токсичного металу швидко падає, одна-ко слідові кількості металу, наприклад Ni (OH) 2. може ще поширюватися на великі відстані; деякі призводять до забруднення влокальном масштабі, на порівняно невеликій території, це ви-кинути речовин з малим часом життя в атмосфері. До за- | рязнітелям цього типу належать грубо дисперсні аеро- юлі оксидів металів МХ Оу.
Залежно від періодичності розрізняються викиди постійні (або безперервні) іперіодіческіе, в тому ■ телеаварійние і дажекатастрофіческіе. Так, газооб-різні сполуки важких металів і їх аерозолі вибра- i мваются в атмосферу через димові труби і вентиляційний-ні пристрої на різну відстань - в залежності від ви-стільники джерела важких металів. Спуск стічних вод, за- I рязненних важкими металами, в водойми може битьсо-осередок ілірассеівающім, а такжеповерхност-ниміліподводним, прибережним іліудаленним від бере- \ Підводний і розсіює спуск на значному уда- і 1'ніі від берега найбільш бажаний, так як призводить до мак-симально розведення концентрованого розчину тя-желого металу.
Висока заселеність Московського регіону определя-
I. наприклад, строгість його хімічного моніторингу: мережа контролю налічує 20 стаціонарних постів, 5 автомати-чеських станцій, 1 пункт лазерного зондування атмосфери. t; i6op води здійснюється 40 станціями в місцях водозаб-ра і досліджується в 120 хімічних лабораторіях (рис. 1).
(Іщегородская система екомоніторингу по важким метал-лам в Москві багато в чому повторює діючі в Німеччині, Японії і США, але поступається їм за кількістю точок вимірювань-ня, частоті спостережень і надійності апаратури по причи-ні недостатнього фінансування і малої ефективності. Така система відповідає сьогоднішнього реальному рів-ню природоохоронної діяльності в Москві, але зовсім не від-хитає сучасним вимогам до систем високорозвинених мегаполісів. Надходження важких металів у навколишнє> реду буде, безсумнівно, увеличива ься в XXI столітті - по при-чині їх незамінності в сучасному промисловому ви- іодстве. Ситуація із забрудненням важкими металами вже і сьогодні є напруженою, вона являє собою пря-мий загрозу для здоров'я населення Московського регіону. Все сказане відноситься і до інших великих міст і промисло-іенним районам Укаїни.