Тяжелые металлы в почве
ии. Практически все металлы, попадающие под
это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута,
биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют
в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По
классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью
более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni,
Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.
Формально определению тяжелые металлы соответствует большое количество
элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической
деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и
загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не
равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит
сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями
приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ. Так, в
ставших уже классическими работах Ю.А. Израэля в перечне химических
веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в
биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd,
As. С другой стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых
металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и
занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в
европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым
металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят
благородные и редкие металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn,
Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяжелых металлов
чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn.
Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В
зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал,
наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в
состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений,
которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить
в состав минеральных и органических взвесей.
Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма
разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической
полимеризации (образованием полиядерных гидроксокомплексов) и
комплексообразования с различными лигандами. Соответственно, как
каталитические свойства металлов, так и доступность для водных
микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме.
Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти
комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных
водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и
являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями
железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых
металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной,
слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы
способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния.
Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь
поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно.
Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в
природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую
доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание,
но и долю свободных и связанных форм металла.
Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три
следствия:
1. Может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за
счет перехода его в раствор из донных отложений;
2. Мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться
от проницаемости гидратированных ионов;
3. Токсичность металла в результате комплексообразования может сильно
измениться.
Так, хелатные формы Cu, Cd, Hg менее токсичны, нежели свободные ионы.
Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных
водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и
токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю
связанных и свободных форм [34].
Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами служат сточные воды
гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной
металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав
удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со стоком с
сельскохозяйственных угодий.
Повышение концентрации тяжелых металлов в природных водах часто связано
с другими видами загрязнения, например, с закислением. Выпадение кислотных
осадков способствует снижению значения рН и переходу металлов из
сорбированного на минеральных и органических веществах состояния в
свободное.
Прежде всего представляют интерес те металлы, которые в наибольшей
степени загрязняют атмосферу ввиду использования их в значительных объемах
в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде
представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности
и токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут,
кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и
мышьяк.
Биогеохимические свойства тяжелых металлов
|Свойство |.Cd.|.Co.|.Cu.|.Hg.|.Ni.|.Pb.|.Zn .|
|Биохимическая активность|В |В |В |В |В |В |В |
|Токсичность |В |У |У |В |У |В |У |
|Канцерогенность |— |В |— |— |В |— |— |
|Обогащение аэрозолей |В |Н |В |В |Н |В |В |
|Минеральная форма |В |В |Н |В |Н |В |Н |
|распространения | | | | | | | |
|Органическая форма |В |В |В |В |В |В |В |
|распространения | | | | | | | |
|Подвижность |В |Н |У |В |Н |В |У |
|Тенденция к |В |В |У |В |В |В |У |
|биоконцентрированию | | | | | | | |
|Эффективность накопления|В |У |В |В |У |В |В |
|Комплексообразующая |У |Н |В |У |Н |Н |В |
|способность | | | | | | | |
|Склонность к гидролизу |У |Н |В |У |У |У |В |
|Растворимость соединений|В |Н |В |В |Н |В |В |
|Время жизни |В |В |В |Н |В |Н |В |
В — высокая, У — умеренная, Н — низкая
Ванадий.
Ванадий находится преимущественно в рассеянном состоянии и
обнаруживается в железных рудах, нефти, асфальтах, битумах, горючих
сланцах, углях и др. Одним из главных источников загрязнения природных вод
ванадием являются нефть и продукты ее переработки.
В природных водах встречается в очень малой концентрации: в воде рек
0.2 - 4.5 мкг/дм3, в морской воде - в среднем 2 мкг/дм3
В воде образует устойчивые анионные комплексы (V4O12)4- и (V10O26)6-. В
миграции ванадия существенна роль растворенных комплексных соединений его с
органическими веществами, особенно с гумусовыми кислотами.
Повышенные концентрации ванадия вредны для здоровья человека. ПДКв
ванадия составляет 0.1 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности —
санитарно-токсикологический), ПДКвр - 0.001 мг/дм3.
Висмут
Естественными источниками поступления висмута в природные воды являются
процессы выщелачивания висмутсодержащих минералов. Источником поступления в
природные воды могут быть также сточные воды фармацевтических и парфюмерных
производств, некоторых предприятий стекольной промышленности.
В незагрязненных поверхностных водах содержится в субмикрограммовых
концентрациях. Наиболее высокая концентрация обнаружена в подземных водах и
составляет 20 мкг/дм3, в морских водах - 0.02 мкг/дм3. ПДКв составляет 0.1
мг/дм3
Железо
Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются
процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их
механическим разрушением и растворением. В процессе взаимодействия с
содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами
образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в
растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Значительные количества
железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий
металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной
промышленности и с сельскохозяйственными стоками.
Фазовые равновесия зависят от химического состава вод, рН, Eh и в
некоторой степени от температуры. В рутинном анализе во взвешенную форму
выделяют частицы с размером более 0.45 мк. Она представляет собой
преимущественно железосодержащие минералы, гидрат оксида железа и
соединения железа, сорбированные на взвесях. Истинно растворенную и
коллоидную форму обычно рассматривают совместно. Растворенное железо
представлено соединениями, находящимися в ионной форме, в виде
гидроксокомплекса и комплексов с растворенными неорганическими и
органическими веществами природных вод. В ионной форме мигрирует главным
образом Fe(II), а Fe(III) в отсутствие комплексообразующих веществ не может
в значительных колич
| |  скачать работу |
Тяжелые металлы в почве |
