Цветные металлы в сточных водах
Говоря о повышенной концентрации в воде металлов, как правило, подразумевают ее загрязнение тяжелыми металлами (Cad, Pb, Zn, Cr, Ni, Co, Hg и др.). Тяжелые металлы, попадая в воду, могут существовать в виде растворимых токсичных солей и комплексных соединений (иногда очень устойчивых), коллоидных частиц, осадков (свободных металлов, оксидов, гидроксидов и др.).
Главными источниками загрязнения воды тяжелыми металлами являются гальванические производства, предприятия горнорудной, черной и цветной металлургии, машиностроительные заводы и др. Тяжелые металлы в водоеме вызывают целый ряд негативных последствий: попадая в пищевые цепи и нарушая элементный состав биологических тканей, они оказывают тем самым прямое или косвенное токсическое воздействие на водные организмы. Тяжелые металлы с водой и по пищевым цепям попадают в организм человека. Тяжелые металлы по характеру биологического воздействия можно подразделить на токсиканты и микроэлементы, имеющие принципиально различный характер влияния на живые организмы.
Токсиканты оказывают отрицательное воздействие на организмы при любой концентрации, в то время как микроэлементы имеют область недостаточности, вызывающей отрицательный эффект (менее C1), и область необходимых для жизни концентраций, при превышении которых снова возникает отрицательный эффект (более С2). Типичными токсикантами являются кадмий, свинец, ртуть; микроэлементами — марганец, медь, кобальт.
Ниже будут представлены краткие сведения о физиологической функции некоторых металлов, их токсикологические характеристики, источники поступления в организм человека и водоемы, гигиенические нормативы и показатели вредности.
Цинк. Уровни цинка в поверхностных и грунтовых водах обычно не превышают 0,01 и 0,05 мг/л соответственно, однако концентрация в водопроводной воде может достигать 2 мг/л за счет вымывания цинка из водопроводных труб. ПДК цинка Zn2+ в питьевой воде 5 мг/л, показатель вредности органолептический. Цинк является незаменимым микроэлементом, поскольку входит в состав жизненно необходимых ферментов и витаминов. Цинк содержится в крови (0,5-0,6), мягких тканях (0,7-5,4), костях (10-18), волосах (16-22 мг %), (единица измерения малых концентраций, 1 мг %=10 в минус 3 степени) т.е., в основном, в костях и волосах. Цинк находится в организме в динамическом равновесии, которое сдвигается в условиях повышенных концентраций его в окружающей среде. Отрицательное воздействие соединений цинка может выражаться в ослаблении организма, повышенной заболеваемости, астмоподобных явлениях и др. При нормировании цинка в питьевой воде, учтена его способность изменять органолептические свойства воды — металлический привкус не ощущается при концентрации цинка 5,0 мг/л и ниже. Для специалистов пищевой промышленности проблема содержания цинка в питьевой воде мало актуальна, поскольку важнее проблема миграции цинка из технологического оборудования в резко кислую среду (маринады, напитки и пр.).
Кадмий. Соединения кадмия очень ядовиты. Действуют на многие системы организма — органы дыхания и желудочно-кишечный тракт, центральную и периферическую нервные системы. Механизм действия соединений кадмия заключается в угнетении активности ряда ферментов, нарушении фосфорно-кальциевого обмена, нарушении метаболизма микроэлементов (Zn, Сu, Mn, Se). ПДК кадмия в воде водоемов составляет 0,001 мг/л, лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический. В природных средах он встречается, как правило, в невысоких концентрациях, не вызывающих биологических эффектов. В нормальных геохимических условиях содержание кадмия в природных водах не превышает 0,05 — 1 мкг/л, однако в кадмиевых геохимических провинциях достигает 10 мкг/л. Источником более высоких концентраций (несколько десятков микрограммов на 1 л) кадмия в воде водоемов служат неочищенные стоки промышленных предприятий. За рубежом применение металлических труб и резервуаров с гальваническим покрытием и некачественных пластмассовых труб для подачи и хранения воды в ряде случаев сопровождалось повышением уровня кадмия в воде до 0,2 — 4 мг/л (ПДК кадмия в питьевой воде — 0,001 мг/л, показатель вредности санитарно-токсикологический). В водоемах кадмий сорбируется взвешенными частицами и с ними оседает на дно. При повышении рН воды кадмий снова переходит в воду.
Опасность загрязнения окружающей среды и пищевых продуктов кадмием возникла лишь с конца XIX в., когда начался техногенный процесс концентрации кадмия в окружающей среде, особенно проявившийся во второй половине XX в. в связи с развитием электронной промышленности и производства люминофоров. Кадмий используется в атомной и ракетной технике, производстве щелочных аккумуляторов, входит в состав полимеров (в качестве стабилизатора), специальных сплавов и антикоррозионных покрытий, применяемых в пищевой промышленности и водопроводной практике.
В Японии, в бассейне р. Джинцу, в начале 80-х годов наблюдались массовые поражения населения кадмием (болезнь итай-итай), связанные с использованием сточных вод, содержащих кадмий, для полива рисовых чеков. Содержание кадмия в рисе, потреблявшемся заболевшими, достигало 600—1000 мкг/кг. Токсичность низких доз кадмия, поступающих с водой (порядка десятков микрограммов на 1 л), проявляется в тяжелом поражении почек и связанной с этим гипертонической болезнью. Имеются указания о гонадотоксическом действии кадмия.
Никель. В природных водах никель содержится в концентрациях порядка сотых и тысячных долей миллиграмма на 1 л. Его концентрация повышается в районах месторождения никелевых руд и достигает единиц миллиграмма на 1 л. Возможно поступление никеля со сточными водами металлургической, металлообрабатывающей и химической промышленности, концентрация никеля в которых составляет 0,01-74 мг/л. Сульфат, хлорид и нитрат никеля хорошо растворяются в воде. В программе Глобального экологического мониторинга, принятой ООН в 1980 г., никель упомянут как один из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. В последнюю четверть XX в. резко возрос выброс никеля в атмосферу, связанный в основном с сжиганием каменного угля. На протяжении года в биологическую миграцию вовлекаются сотни тысяч тонн никеля. Это приводит к повышению его концентрации в воде источников водоснабжения, что влечет за собой необходимость контроля его содержания в питьевой воде.
ПДК Ni в питьевой воде составляет 0.1 мг/л, показатель вредности санитарно-токсикологический. Жизненная необходимость (эссенциальность) никеля была показана в 70-х годах, однако никельдефицитные патологические состояния у человека не описаны. При избыточном поступлении никеля в организм человека, нарушаются тонкие биохимические процессы на клеточном и субклеточном уровнях. При длительном контакте с аэрозолями никеля у рабочих развивается рак легкого и желудка; при поступлении никеля через желудочно-кишечный тракт канцерогенный эффект не описан. Загрязнения пищевых продуктов никелем в результате миграции из никелированного оборудования или посуды практически не наблюдается. Поэтому повышенная концентрация никеля возможна лишь в пищевых продуктах, загрязненных богатой никелем питьевой или оросительной водой.
Ртуть. Ртуть относится к ультрамикроэлементам и постоянно присутствует в организме, поступая с пищей и водой. Ртуть не выполняет никакой физиологической функциив организме человека. Она высокотоксична и кумулятивна. Ртуть широко распространена во всех элементах окружающей среды в силу высокой летучести паров металла, но гигиеническое значение имеют локальные очаги антропогенного загрязнения, к сожалению, встречающиеся часто как на городских территориях, так и в сельской местности.Источники антропогенного загрязнения окружающей среды ртутью — ТЭЦ, заводы цветных металлов, целлюлозобумажные, цементные. Имеет значение поступление ртути, связанное с применением ртутьсодержащих сельскохозяйственных фунгицидов.Из атмосферного воздуха пары и аэрозоли соединений ртути попадают в водные объекты в результате седиментации и с осадками. Например, дождевая вода в Швеции содержит ртути примерно 300 мг/л.
В незагрязненных водных объектах концентрация ртути колеблется от 0,01 до 0,5 мкг/л, в реках, загрязненных сточными водами, она может составлять сотни и тысячи микрограммов на 1 л. ПДК ртути в питьевой воде составляет 0,0005 мг/л, лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический. В обычных условиях с питьевой водой поступает не более 15 % поглощенной организмом ртути. В основе патогенеза хронической ртутной интоксикации малыми дозами лежит высокое сродство ртути с сульфгидрильными группами многих ферментов. Неорганические соединения ртути, в первую очередь катионы Hg реагируют с SH-группами белков («тиоловые яды»), а также с карбоксильными и аминными группами тканевых белков, образуя прочные комплексные соединения — металлопротеиды. В результате возникают глубокие нарушения функций центральной нервной системы, особенно высших ее отделов. Для неорганических соединений ртути характерны поражения почек и печени.
Из органических соединений ртути наибольшее значение играет метилртуть, которая хорошо растворима в липидных тканях и быстро проникает в жизненно важные органы, и в том числе в мозг. В результате возникают изменения в вегетативной нервной системе, периферических нервных образованиях, в сердце, сосудах, кроветворных органах, печени и др., нарушения в иммунобиологическом состоянии организма. Соединения ртути обладают также эмбриотоксическим действием (приводят к поражению плода у беременных).
Неорганическая ртуть в природных водах способна к метилированию. Необходимо отметить, что патогенез и клинические проявления интоксикации органическими соединениями ртути принципиально отличаются от интоксикации неорганической ртутью. В силу этого гигиенические нормативы для неорганической ртути и ее алкилпроизводных различны, что необходимо учитывать при организации лабораторного контроля качества воды. Считается, что в источнике водоснабжения, загрязненном неорганическими соединениями ртути, метилированная в результате естественных процессов (более токсичная) ртуть составляет 0,1 % общего загрязнения. Из этого следует, что вода, содержащая неорганическую ртуть на уровне гигиенического норматива, будет безопасна и в отношении алкилртути. Неорганические соединения ртути задерживаются при коагуляции и отстаивании на сооружениях водопровода
Источник
Смотрим, откуда цинк, азот, фосфор и железо в сточных водах частного дома
Вопрос эффективной обработки загрязненной воды из стоков ― один из самых насущных вопросов в области экологии и защиты окружающей среды. Не секрет, что загрязнение веществами антропогенного происхождения ― едва ли не основная причина ухудшения качества сточной влаги.
Из-за нефтепродуктов, биогенных и органических элементов, а также поверхностно-активных веществ, жидкостные массы в стоках становятся просто – напросто непригодными для дальнейшего сброса в водоемы и почву.
Необходима тщательная переработка поверхностных вод, в процессе которой будут эффективно уничтожаться все виды существующих загрязнений. Современные методы обработки канализационной влаги должны, в частности, устранять азот аммонийный в сточных водах, а также другие виды загрязнений.
Откуда появляются химические элементы в стоках?
Если взять на анализ канализационную жидкость на территории современного частного дома, то можно обнаружить огромное количество самых разнородных элементов, среди которых большой процент элементов будет принадлежать к химической природе.
При анализе сточной влаги можно обнаружить азот общий в сточных водах, шестивалентный хром в сточных водах, фосфор общий в сточной воде, медь в сточных водах. Откуда в той влаге, которая является отходами жизнедеятельности человека, появляются все эти вещества?
Дело в том, что последние 10-20 лет промышленность развивалась бешеными темпами. В частности, для общего бытового пользования были выпущены десятки разнообразных моющих средств. Также налицо резкое увеличение спроса на автоматические стиральные машины.
О чем можно говорить, если при совершении анализов можно найти азот аммонийный в сточных водах? В жидкостях объем подобных загрязнений может доходить иногда до крайне высокого, опасного уровня. Особенно опасны азот и фосфор, соединения которых запускают процесс эвтрофикации водоемов, то есть, повышают биологическую растительность водоемов.
В случае если баланс питательных веществ превышает допустимую норму, то водоем становится очагом роста различной нежелательной биологической растительности ― водорослей, нежелательных разновидностей планктона. Кроме всего прочего, из-за азота и фосфора нарушается процесс жизнедеятельности рыб.
О самых распространенных химических соединениях
В стоках можно в процессе исследования обнаружить широкий спектр различных химических соединений. Некоторые из них чрезвычайно опасные, другие ― умеренно-опасные. Однако все они не должны присутствовать в той влаге, которая попадает из канализации частного дома в почву и водоемы.
Цинк. Один из самых часто встречающихся в стоках элементов. Цинк — это микроэлемент, входящий в состав некоторых ферментов. Цинк содержится и в человеческом теле, преимущественно ― в костях и волосах. Предельно допустимая концентрация данного элемента в водоемах равняется 1 миллиграмму на литр.
Азот. Этот элемент присутствует в стоках в двух видах ― в качестве органических и неорганических соединений. Азот органический в сточной воде образуется в результате попадания в канализацию веществ белковой природы ― фекалий и пищевых отходов.
Практически весь аммонийный азот образуется в сточной влаге во время гидролиза мочи, конечного продукта азотного обмена у людей. Помимо этого, соединения аммония образуются в результате аммонификации белковых соединений.
Основной параметр, важный для получения информации об объеме азотосодержащих веществ в канализационной влаге ― это показатель общего азота. Экологическая опасность азотных соединений разнится в зависимости от видов азотосодержащих веществ: нитриты представляют самую токсичную группу, нитраты ― наиболее безопасную, а среднюю позицию между ними занимает аммоний.
Фосфор. Этот элемент может присутствовать в стоках в различных видах — например, в растворенном состоянии: это ортофосфорная кислота и ее анионы. Также, фосфор присутствует в сточной влаге в виде поли-, мета- и пирофосфатов.
Три последних вещества активно применяются в хозяйстве: их можно найти в составе практически любого современного моющего средства. Кроме этого, вещества применяются с целью предотвращения образования накипи на посуде. Могут присутствовать в стоках и другие фосфорорганические соединения: нуклеопротеиды, фосфолипиды, а также нуклеиновые кислоты.
Железо. Вещества, в которых содержится железо, встречаются в стоках чаще всего. Это, вообще, один и наиболее распространенных элементов в природе. Нельзя сказать, что железо совсем не должно присутствовать в канализационной влаге.
Железо — архиважный микроэлемент, который в малом количестве просто необходим для растений и живых организмов. Однако железо общее в сточных водах, как правило, присутствует в количестве, превышающем допустимый уровень.
В подобных случаях необходима очистка водных масс. Также обязательным считаться будет определение сульфатов в сточных водах. Не менее важно найти органические соединения серы в сточных водах, и довести ПДК до нормального уровня.
Источник
