CAPITOLUL XII. Apele naturale și metalele grele în condiții
În condițiile activității antropice active, poluarea apei dulci naturale cu metale grele a devenit o problemă deosebit de acută. Urgența acestei probleme este fără îndoială. Este suficient să spunem că pentru metalele grele, în principiu, nu există mecanisme de auto-curățare fiabile. Metalele grele sunt redistribuite numai de la un rezervor natural la altul, interacționând cu diferite organisme vii și lăsând peste tot consecințele nedorite vizibile ale acestei interacțiuni. Pentru astăzi, principala sursă de poluare a apelor naturale cu metale grele este poluarea industrială. Metalele grele intră în apele naturale cu apele industriale uzate care conțin compuși chimici și urmele de elemente, cu apa de ploaie filtrată prin haldele, precum și în cazul accidentelor de diverse instalații și depozite chimice. Pentru apele subterane, este foarte important să se injecteze deșeurile în puțuri, mine și cariere. Așa cum se poate vedea din fig. 12.1, apa contaminată se poate scurge într-un rezervor deschis și prin "ferestrele" din stratul impermeabil penetrează acviferul. Cu toate acestea, procesul invers poate apare și atunci când metalele grele migrează cu apa subterană și prin aceleași "ferestre" intră într-un rezervor deschis (Figura 12.2).
Apa este principalul mediu pentru migrarea metalelor grele în scoarța pământului. Pentru a estima intensitatea migrației apei, coeficientul de migrație a apei este de obicei utilizat egal cu raportul dintre conținutul de element chimic din reziduul de apă minerală și conținutul său în rocile gazdă sau în crusta crustei pământului. Pentru procesele de migrație în apele naturale, factori deosebit de importanți sunt factori precum potențialul de reducere a oxidării, condițiile bazate pe acizi (pH) și o serie de altele. Problemele prezenței metalelor grele în apele de suprafață proaspete, pe de o parte, și în apele subterane, pe de altă parte, sunt cele două părți ale unei probleme mai generale.
Ar trebui să se sublinieze încă o dată că, spre deosebire de poluanții organici care suferă procese de descompunere, metalele sunt doar capabile de redistribuire între componentele individuale ale sistemelor de apă. În apele dulci naturale, ele există în diferite forme și grade diferite de oxidare. În general, sunt alocate faze suspendate, dispersate coloidal și de fapt dizolvate, care, la rândul lor, pot fi reprezentate de o mare varietate de substanțe și compuși. Studiile experimentale efectuate în anii 1980 au arătat că diferite forme ale aceluiași element diferă în ceea ce privește activitatea biologică și accesibilitatea pentru organisme. Sa dovedit că o hidro-bionts la concentrații mai mari de toxicitate MPC mai mare au ionii hidratați liberi și a unor compuși complecși anorganici și metale, supuse procesului de metilare (Hg, Pb, Sn, etc.) - compuși organometalici.
Un grup de metale grele unește mai mult de 30 de elemente ale Mesei Periodice; ne vom limita să considerăm doar câteva dintre ele (Tabelul 12.1).
Deșeurile municipale lichide (milioane de piese și reziduuri uscate)
Îngrășăminte cu fosfați, mg / kg
În mediul acvatic, cuprul poate exista în trei forme principale: suspendat, coloidal și dizolvat. Acestea din urmă pot include ioni de cupru liber și compuși complexi cu liganzi organici și anorganici. Forma cuprului este determinată în mare măsură de parametrii fizico-chimici și hidrodinamici ai mediului acvatic.
Cantitatea de cupru asociată cu particule solide poate ajunge la 12-97% din conținutul său total în apele râului. Aproximativ 1 an în fiecare an intră în ocean, din care 1% este dizolvată, 6% în forma asociată cu hidroxizi, 4,5% în formă organică, 85% cu particule cristaline solide, 3,5% sorbent pe particule suspendate.
O creștere a conținutului de cupru (> 1000 μg / kg) în sedimentele de fund este adesea asociată cu efectul canalizării din mine. Nămolurile necontaminate de apă dulce nu conțin mai mult de 20 μg / kg cupru pe kilogram de greutate uscată. Vorbind despre toxicitate, cuprul nu este acut pentru om, deși în unele cazuri o suprapunere cronică sau lipsa de cupru în organism poate provoca intoxicație. Nu sunt stabilite proprietăți mutagene și cancerigene ale cuprului.
Zincul este un element vital pentru mamifere. Acesta face parte dintr-un număr de enzime, joacă un rol important în sinteza acizilor nucleici - ADN și ARN. Zincul este utilizat pe scară largă în inginerie. În ceea ce privește scara de producție (63.245 tone în cei zece ani 1971-1981), zincul se situează pe locul al patrulea după oțel, aluminiu și cupru.
Printre procesele care au cel mai mare efect asupra comportamentului zincului (II) în soluții apoase, se poate identifica hidroliza și complexarea. Ca urmare a hidrolizei, se formează hidroxocomplexuri multicore. Cu toate acestea, hidroxocomplexurile polinucleare de tip formează o fracție nesemnificativă (<2%) даже при его концентрации, равной моль/л. Таким образом, для природных вод более характерен гидроксид , обладающий амфотерными свойствами. Токсичность цинка во многом определяется присутствием других тяжелых металлов, особенно кадмия. Повышенная аккумуляция этих металлов может приводить к недостатку цинка в организме, что проявляется в подавлении ферментативных реакций. Избыток цинка также небезразличен для человека, так как он приводит к повышению выработки молочной кислоты и, как следствие, к повышению рН крови и нарушению функции почек.
Mercurul este unul dintre cei mai periculoși poluanți din apele naturale. Acesta reacționează cu ușurință cu multe proteine, sange si tesuturi, blocând grupurile active în ele, prin care aceștia își pierd proprietățile lor reactive (boala Minamata). Primită în organism, metilmercurul este transportat de curentul sanguin și se acumulează în rinichi, ficat și creier. Perioada de excreție a mercurului este destul de mare, ceea ce contribuie la acumularea acestuia în organismele vii. Compuși de mercur nu au nici cancerigene și mutagene, dar în legătură cu capacitatea de mercur de a penetra placenta sunt multe cazuri un efect embriotoxic.
Caracteristicile prezenței și migrației plumbului în apele naturale sunt determinate de precipitarea și complexarea cu liganzi organici și anorganici. Prin urmare, concentrația de plumb dizolvat în cele mai multe sisteme naturale de apă nu depășește de obicei 10 μg / l. Intensitatea acestor procese depinde de pH și Eh ale mediului, de prezența agenților care formează liganzi și de alți factori. Studiul migrației formă de plumb într-un râuri australian a arătat că apa râului aproximativ 45% din cantitatea totală de plumb este asociat cu forme suspendate care semnificativ observate mai mici pentru alte râuri studiate, de exemplu Reina, unde proporția de plumb suspendate atinge 72% (aceleași date pentru prod Amur este de 64-75%). Calculele arată că formele de schimb de ioni de plumb dau, și, de asemenea, o parte din ea este contabilizată. Complexele organice de plumb devin semnificative numai la o concentrație de agenți de formare a ligandului mai mult decât M.
Intensitatea sorbției-desorbție a plumbului de către sedimentele de râu depinde de caracteristicile compoziției lor litologice și de conținutul substanțelor organice. În absența formelor de complexare solubile, plumbul este aproape complet sorbit la pH> 6,0. Nivelul plumbului total în precipitațiile atmosferice variază de obicei de la 1 la 50 μg / l. În zonele industriale, acesta poate atinge 1000 μg / l, ceea ce duce la o contaminare severă a stratului de zăpadă și a solului. De exemplu, concentrația de plumb din stratul de zăpadă în zona orașului Toronto Canada este 828 000 g / l, în timp ce în stratul de zăpadă zonele mai îndepărtate ale concentrației scade la 100 g / l sau mai puțin.
Consumul mondial de nichel pentru un deceniu între 1971 și 1980 sa ridicat la 740 mii tone, dar acum rata de creștere a scăzut. Principalele surse de nichel în mediul natural includ arderea combustibililor fosili și utilizarea aliajelor care conțin nichel.
Crom (Cr). Rezervele de crom din scoarța pământului sunt mici, dar în tehnologie se utilizează foarte mult, iar problema emisiilor de crom în mediu devine din ce în ce mai urgentă. Cromul este o componentă a ADN-ului în cantități mici, dar absența cromului și a nichelului în alte structuri ale organismelor vii se datorează probabil mobilității scăzute și stabilității scăzute a complexelor lor cu proteine. Prin urmare, luând în considerare scara de producție, cromul este unul dintre elementele cele mai puțin toxice din grupul de metale grele. Mamiferele, de exemplu, sunt capabile să transfere o creștere de 100-200 ori a conținutului de crom în organism fără efecte dăunătoare vizibile.
Consumul mondial de minereuri cromate (cromit) în perioada 1971-1980. a atins 86,2 milioane de tone. În decursul acestor 10 ani, producția sa dublat, datorită creșterii consumului de crom de către industria mondială. 58% din cromul extras a fost utilizat pentru producerea de feroaliaje. Prezența cromului în turnarea în fier dă rezistență la coroziune și oxidare și, de asemenea, mărește rezistența la impact. Aliajele de fero-crom sunt destul de rezistente la medii agresive și temperaturi ridicate. Pentru producția de materiale refractare se utilizează cel puțin 21% cromit. Restul este consumat de industria chimică. Cromit de cheltuit pe producția de cerneluri și fixatori în industria textilă, agenți de bronzare în industria de pielărie, cromare, anodizare, gravură.
Principalii furnizori de emisii de crom (în ordinea descrescătoare a scala) - este producerea și prelucrarea producției ferocrom de materiale refractare, arderea cărbunelui și producția de oțel cromat. Nivelul conținutului de aerosoli care conțin crom în zona plantelor de topire poate ajunge la 1 în fundal. Aceste particule pot fi transportate de vânt pe distanțe lungi și pot cădea la suprafața Pământului cu precipitații atmosferice. Cu toate acestea, principala sursă de intrare a cromului antropic este tratarea metalelor. Emisiile necontrolate reprezintă un mare pericol de contaminare a apelor de suprafață cu o formă relativ toxică. Alte surse sunt apa din sistemele de răcire circulante, o varietate de substanțe chimice. Surse de poluare - scurgerile de lichide din producția de tâmplărie (conțin până la câteva grame pe litru).
- starea cea mai stabilă de crom în apele dulci naturale. Formează un număr mare de complexe cinetice relativ inerțiale. La crom complexare are un număr de coordonare 6. În apele din abundență oxigenate este mai stabil termodinamic, dar datorită stabilității cinetică poate fi prezent în formă legată sub formă de materie în suspensie și coloizi. În sistemele apoase, este ușor de redus în prezența anumitor sulfați și a unor substanțe organice. , dimpotrivă, se oxidează rapid numai cu un exces mare și încet cu oxigen.
Creșterea nivelului de crom în sedimentele de fund datorită surselor antropice a fost credibilă. De exemplu, precipitațiile din partea inferioară a râului. Sada River (New York), care se confruntă cu o încărcătură antropică mare, sunt îmbogățite cu crom cu 510% în comparație cu zonele de referință.
Cromul uman nu este acut, dar un număr de compuși ai acestui metal au un efect cancerigen. În ceea ce privește abordarea problemelor legate de poluarea cu metale grele a apelor subterane, trebuie remarcat faptul că, în ultimele decenii, ca urmare a influenței antropice intensive a schimbat în mod semnificativ compoziția chimică nu numai suprafața, ci și apele subterane. În ciuda protecției relativ ridicate (în comparație cu apele de suprafață) de contaminare, au gasit Pb, Cr, Hg, Cu, Zn, izotopi radioactivi etc. Concentrarea metalelor grele și a altor poluanți crește pe teritoriul orașelor mari și al centrelor industriale. Principalele motive pentru acest proces sunt: contaminarea apei de suprafață, injectarea în deșeuri acvifere adânci silnoyadovityh și extracție a apelor subterane amplificat pentru nevoile casnice și industriale. Aceasta din urmă a condus la infiltrarea apei contaminate din corpurile de apă de suprafață. Gradul de pericol de contaminare a acviferului condițiilor hidrogeologice parte a acțiunii în timp sursă de poluare a deșeurilor și caracterul lor de concentrare definite, iar dimensiunile sursă. Apa contaminată este de obicei mai greu necontaminat acviferului apă proaspătă, și așa mai departe cu jet lor dintr-o sursă punct de preferință se extinde în jos, în cazul în care fluxul orizontal al apelor subterane, și este dus la o întâlnire strat impermeabil este împrăștiată pe acesta. Mărimea zonei apelor subterane contaminate nu depinde numai de spațiul, ci și pe sursa de alimentare de eliberare din locația sa în ceea ce privește migrarea apelor subterane. Lungimea cursului de apă subterană contaminată depinde de viteza reală de filtrare a apelor subterane, timpul de acțiune a surselor și factorilor care conduc la o scădere a concentrației de poluanți (metale grele, etc.); - procese de filtrare, dizolvare, dispersie, adsorbție.
Studiile pe termen lung ale apelor subterane arată că intensitatea proceselor fizico-chimice care reduc concentrația de metale grele este determinată de compoziția formelor lor de migrație. Din păcate, această problemă a fost investigată foarte puțin. Cu toate acestea, este deja clar că capacitatea elementelor în migrația apei este în mare parte determinată de valență. Cu cât valența componentului este mai mare, cu atât mai puternic este reținută în rocă sau în deșeurile solide, cu atât devine mai slab în apele naturale și cu cât migrația apei este mai mică. O serie aproximativă de migrare a microcomponentelor arată astfel :.
Dependența elementelor-migrare de apă de la greutățile ionici determinate prin următoarea dispoziție: mai mari componenta ionică a greutății, cu atât mai puternic este conectat cu rasa, mai rău intră în apă subterană, cu atât mai bine precipitatele. De exemplu, migrarea apei bivalent Ba ion cu 137.34 greutate mai mică decât cea a bivalent Mn de ioni de cântărire 54,91.
Dependența migrării apei de contaminanți din raza de ioni este mai complicat, dar, în general, se observă regula: mai mare raza ionică a elementului, mai ușor merge în apă subterană și cu atât mai puternică este participarea sa la procesul de dizolvare. În cadrul componentelor cu o singură valență, o mare capacitate la aceste procese este observată în componente cu o rază ionică mare.
Este posibil să se distingă 3 grupe de elemente de intensitatea mobilității în apele subterane în funcție de amploarea potențialelor ionice. Trupa cu un potențial ionic de până la +3 este inclusă. Aceste elemente migrează slab în apă, dar sunt bine tolerate de apă. Elementele cu un potențial ionic mai mare de 3 trec slab în apă, dar în apă sunt puțin solubile: Ga, Al, U, Zr, Ti, Nb, Ta. Dintre poluanții microcomponenți, compușii cu halogen, hidrocarbonați și sulfați sunt foarte ușor solubili și ușor de mobilat; mai puțin solubil și mai puțin mobil SrS04, SrCO3, BaCO3; Fe3 +, Mn3 + și Ti4 +, Zn4 +, Th4 + sunt cele mai puțin mobile.
Compoziția apelor subterane naturale are un impact semnificativ asupra migrației poluanților. În apele cu compoziție chimică diferită, solubilitatea multor compuși minerali de poluanți macro și microcomponenți
Tipul apei subterane
Tabelul 12.2. Gama de conținut de Mn, Cu, Fe, Al, Ba în apele subterane de scurgere diferite
Tipul apei subterane
Trimiteți-le prietenilor: