Общая характеристика тяжелых металлов

Среди многочисленных загрязнителей окружающей среды особое место занимают тяжелые металлы. К ним условно относят более 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева с атомной массой свыше 50, обладающих свойствами металлов (Антонова, Сафонова, 2007).

Роль тяжелых металлов двойственна. С одной стороны, эти элементы необходимы для нормального протекания физиологических процессов у живых организмов, а с другой - при повышенных концентрациях они токсичны. Так в группу ТМ попадают такие элементы, как медь, цинк, молибден, кобальт, марганец, железо, позитивное биологическое значение которых давно уже обнаружено и доказано (Алексеев, 2008).

Таким образом, по мнению Ю.А. Алексеева, целесообразно применять термин "тяжелые металлы", лишь тогда, когда речь идет об токсических для живых организмов концентрациях элемента. А упоминать о нем же, как о микроэлементе в том случае, когда он находится в почве, растении, организме человека, животного в нетоксичных концентрациях или используется в малых количествах как удобрение или минеральная добавка к корму для улучшения условий роста, развития растений и животных.

Выделяют природные и техногенные источники тяжелых металлов. Природные источники - это выветривание горных пород, вулканическая деятельность, эрозионные процессы и т.д. Техногенные источники, так или иначе, связаны с деятельностью человека и на сегодняшний день их список неуклонно растет.

Ю.Н. Водяницкий с соавторами (2012) выделяют следующие источники техногенного загрязнения тяжелыми металлами:

  • 1) аэральные выбросы из стационарных источников и средств передвижения (заводов, предприятий и транспорта);
  • 2) гидрогенное загрязнение от поступления промышленных сточных вод в водоемы;
  • 3) осадки сточных вод (переработанное органическое вещество из городских канализаций);
  • 4) отвалы золы, шлака, руд, шламов и т.п.;
  • 5) разливы нефти и солевых растворов в местах нефтедобычи.

На сегодняшний день самыми мощными поставщиками отходов, обогащенных металлами, являются предприятия по выплавке цветных металлов (алюминиевые, глиноземные, медно-цинковые, свинцово-плавильные, никелевые, титано-магииевые, ртутные и др.), а также по переработке цветных металлов (радиотехнические, электротехнические, приборостроительные, гальванические и пр.).

Джувеликян с соавторами (2009) приводит список элементов, выделяющихся в окружающую среду из различных техногенных источников (табл. 1).

Таблица 1

Основные техногенные источники тяжелых металлов

Источники тяжелых металлов

Элементы

Цветная металлургия

Pb, Zn, Си, Hg, Мп, Sb, W, Со, Cd

Черная металлургия

Ni. Мп, Pb, Си, Zn, W, Со

Энергетика

As, Sb, Se

Нефтяная промышленность

Pb, Си, Ni, Zn, Mn

Сжигание угля

Sb, As, Cd, Cr, Mo

Сжигание нефти

As, Pb, Cd,

Большинство из приведенных выше химических элементов относятся к высоко опасным (1 класс опасности) и умеренно опасным (2 класс опасности) (табл. 2).

Классы опасности химических загрязняющих веществ (СанПиН 2.1.7.1287-03)

Таблица 2

Класс

Элемент

I

высоко опасные

As, Cd, Hg, Pb, Zn, F

II

умеренно опасные

B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb. Cr,

III

мало опасные

Ba. V, W, Mn, Sr,

С.И. Колесников с соавторами (2006, 2010) установили, что выделение тяжелых металлов по классам опасности применительно к здоровью людей (табл. 2) отличается по отношению к почвам. Поэтому было предложено разделить тяжелые металлы по классам опасности для почв (табл. 3).

Таблица 3

Классы элементов по степени их экологической опасности для почвы (Колесников и др., 2010)

Класс

Элемент

I

высоко опасные

Se, Cr, Sn. Hg. W, Cd

II

умеренно опасные

As, Co, Sb, Cu. Ni, B. Pb

III

мало опасные

Sr, Mo. Zn, V. Ba, Mn, F

В окружающую среду тяжелые металлы могут поступать в различных формах - в виде оксидов и различных солей металлов, как растворимых, так и практически нерастворимых в воде.

Санитарно-гигиеническим критерием качества окружающей среды служит предельно допустимая концентрация (ПДК) химических веществ в объектах окружающей среды. ПДК соответствует максимальному содержанию химического вещества в природных объектах, которое не вызывает негативного (прямого или косвенного) влияния на здоровье человека (включая отдаленные последствия) (Джувеликян и др., 2009) (табл. 4).

Таблица 4

Предельно допустимые концентрации ТМ в почвах (мг/кг)

(Г.В. Мотузова, 2007)

Элемент

Кларк почв(Виноградов, 1962)

ПДК

Показатель вредности

общесанитарный

транслокационный

миграционный водный

миграционный воздушный

Общее содержание

Мп

800

1500

1500

3500

1500

V

100

120

150

170

350

РЬ

10

32

30

35

260

Hg

0,01

2,1

5,0

2,1

33

2,5

Подвижные соединения

Си

20

3

3

3.5

72

Ni

40

4

4

4

14

Zn

50

23

37

93

200

Со

8

5

5

25

1000

Сг

200

6

6

В зависимости от пути миграции загрязняющих веществ в сопредельные среды установлено четыре показателя вредности и соответствующие им ПДК:

  • 1) транслокационный показатель, отражающий переход тяжелых металлов из почвы в растения и возможность накопления токсикантов в выращиваемых продуктах и кормах;
  • 2) миграционный водный показатель, характеризующий поступление химических элементов в грунтовые воды из почвы;
  • 3) миграционный воздушный показатель, учитывающий переход химических элементов из почвы в атмосферу;
  • 4) общесанитарный показатель, отражающий влияние химических элементов на самоочищающуюся способность почвы и микробиоценозы (Черников и др. 2000, Титова и др., 2006).

В то же время, допустимые концентрации в почве для многих тяжелых металлов в России не установлены.

В настоящее время значения ПДК разных элементов разработаны для почвы в целом. Это является недостатком, поскольку не учитывается различное фоновое содержание элементов в почвах, отличающихся по составу. Проблема отчасти решается в концепции ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) тяжелых металлов (для Ni, Си, Zn, Cd, Pb и As).

Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК)

тяжелых металлов в почвах (мг/кг) (1994)

Таблица 5

Группы почв

Элементы, мг/кг

Ni

Си

Zn

As

Cd

Pb

Песчаные и супесчаные

20

33

55

2

0.5

32

Кислые суглинистые и глинистые (pHKci<5.5)

40

66

НО

5

1.0

65

Близкие к нейтральным, нейтральные суглинистые и глинистые (pHKci>5.5)

80

120

220

10

2.0

130

При определении ОДК почвы подразделяются на три группы: (су)песчаные, кислые (су)глинистые и нейтральные (су)глинистые. При переходе от первой к третьей группе почв значения ОДК элементов последовательно возрастают. Это вполне логично и объясняется двумя причинами. Во-первых, для многих тяжелых элементов, фоновое содержание в почвах тяжелого гранулометрического состава выше, чем в почвах легкого состава. Во-вторых, катионы металлов прочнее закрепляются в нейтральной среде, чем в кислой. Именно значения ОДК используют федеральные природоохранные органы для характеристики загрязнения почв (Государственный доклад..., 2008). Таким образом, концепция ОДК отчасти решает проблему нормирования, хотя бы для шести элементов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >