Очень тяжёлые металлы
Когда в рекламе водоочистителей сообщают об эффективном удалении из воды тяжёлых металлов, имеются в виду ионы Pb, Cd, Hg. Все они применяются в технике, что открыло им дорогу в окружающую среду и живые организмы.
История применения Pb самая древняя, что связано с относительной простотой получения и распространённостью в земной коре. Соединения Pb — Pb3O4 и PbSO4 — основа широко применяемых пигментов: сурика и свинцовых белил; и глазурей, которыми древние покрывали глиняную посуду. Металлический РЬ, начиная со времён Древнего Рима, применяли при прокладке водопровода.
В настоящее время перечень областей применения Pb широк: производство электрических кабелей, свинцовых аккумуляторов, химическое машиностроение, атомная промышленность; производство хрусталя, эмалей, замазок, лаков, спичек, пиротехнических изделий, пластмасс (в качестве стабилизатора), пьезоэлектрических элементов и т.п. Объем современного производства Pb составляет 2,5 миллиона тонн в год. В результате производственной деятельности в природные воды ежегодно попадает 600 тысяч тонн Pb, а через атмосферу на поверхность Земли оседает около 400 тысяч тонн. В воздух основная часть Pb (260 тысяч тонн) выбрасывается с выхлопными газами автотранспорта, меньшая (30 тысяч тонн)-при сжигании каменного угля.
В результате хронической токсикации Pb происходят изменения состояния нервной системы, проявляющиеся в головной боли, головокружениях, повышенной утомляемости, раздражительности, нарушениях сна, потливости. Учёные США пришли к выводу, что токсикация Pb — причина агрессивного поведения школьников и снижения их работоспособности.
В тех странах, где использование бензина с добавками тетраэтилсвинца сведено к минимуму, содержание Pb в воздухе снижено многократно. Величина ПДК Pb в воздухе составляет 3 мкг/м3, ежегодный прирост его содержания в воздухе больших городов — 2 мкг/м3. Из приземного воздуха происходит оседание Pb на почву (величина ПДК для почв — 20 мг/кг) и на травяной покров. Проникновение Pb в почву в регионах, орошаемых кислотными дождями, происходит намного интенсивнее, чем в обычных. Через корневую систему ионы Pb транспортируются в наземную часть растений. Среднее содержание Pb в большинстве растений — 2-3 мг/кг. Меньше всего Pb в бобовых, больше всего в кабачках. С растительной пищей Pb попадает в организм человека.
Химический символ кадмия Cd курильщикам можно читать как аббревиатуру английского Cancer disease — раковое заболевание. Рак лёгких — вероятный результат длительного воздействия аэрозоля оксида кадмия, поступающего в альвеолы с табачным дымом. Среди заболевших раком лёгких 90%-курильщики. Табак — растение, в наибольшей мере аккумулирующее соли Cd из почвы — до 2 000 мкг/кг. Это во много раз превышает предельно допустимое содержание Cd в основных продуктах питания (в мкг/кг): рыба — 100, хлеб — 20, мясо — 50, овощи — 30, молоко — 10, фрукты — 30. По рекомендациям ВОЗ, допустимая суточная доза Cd — 70 мкг.
В воздух Cd поступает при сжигании ископаемого топлива на ТЭС, с газовыми выбросами предприятий, производящих или использующих Cd. Оседание Cd-аэрозолей на почвы дополняется внесением Cd в почву с минеральными удобрениями: суперфосфатом (7,2 мг/кг), фосфатом калия (4,7 мг/кг). селитрой (0,7 мг/кг). Заметно содержание Cd в навозе.
В технике Cd применяется для создания никель-кадмиевых аккумуляторов и бытовых батареек, аварийных и регулирующих стержней для атомных реакторов. Составной частью входит Cd в сплавы, катализаторы, лазерные материалы, красители, стабилизаторы. Используют Cd как антикоррозионное и декоративное покрытие изделий из железа и сталей.
Основное применение последнего члена мрачной тройки — Hg в электротехнической и электрохимической промышленности, как жидкий электрод в трубных выпрямителях тока, обновляющийся катод при электролизном получении щёлочи и хлора. Иные применения Hg (лабораторные приборы, лекарственные препараты, фунгициды) год за годом становятся все менее масштабными из-за опасности Hg-токсикации.
О токсичности соединений ртути, в частности сулемы (HgCl2), было известно очень давно. Но если королей травили сулемой, то теперь на авансцене — диметилртуть. Происходящая в обычных природных условиях замена атомов хлора на метильные группы повышает токсичность в миллион раз. Диметилртуть — доказанный канцероген, нейротоксикант; вызывает повышенную утомляемость, сонливость, потерю аппетита, головную боль, нервные расстройства, поражение почек, печени, потерю зубов и волос.
Пары ртути легко «метилируются»; соединяясь практически с любой органикой, взмывают ввысь, быстро преодолевают континентальные расстояния, выпадают с осадками. Единственный нейтрализатор — «кислотные дожди». Диметилртуть распадается, но ртуть-то никуда не исчезла (на уникальных кадрах индонезийский лес с каплями чистой ртути на листьях), её новое испарение и соединение с органикой — вопрос времени. Метилртуть прежде всего поражает водные экосистемы, как бы «укореняясь» в трофических (пищевых) цепях обитателей озёр и морей. Поэтому первыми жертвами становятся потребители морепродуктов. Впервые мировое внимание привлекли случаи массовой гибели индейских племён, питавшихся исключительно рыбой, в Канаде в 1970-х годах. Затем знаменитая «катастрофа залива Минамото» — буквальное вымирание жителей близлежащих селений, питавшихся морепродуктами. Учёные обнаружили виновника — завод уксусной кислоты использовал в синтезе ртуть. С тех пор показатель содержание ртути стал главным в рыботорговле.
Европейское законодательство установило предельную концентрацию ртути — 0,5 мг/на кг сырой массы, временно — 1 мг/кг. В США регулируется частота употребления. Рыбу с 0,5 мг/кг можно есть только раз в неделю, 1 мг/ кг — раз/месяц, а 1,9 мг/кг — нельзя есть вообще. В Финляндии рыбное питание для беременных женщин исключено.
Российские уровни ПДК составляют 0,3 мг/кг для пресноводной нехищной рыбы и 0,6 мг/кг для пресноводной хищной.
Сама жидкая Hg не обладает выраженными токсичными свойствами. В прошлом жидкую Hg использовали при лечении заворота кишок. Известен медицинский случай нечаянного попадания жидкой Hg в кровь без трагических последствий. Пары ртути губительно действуют на организм, поражая нервную систему. В непроветриваемом помещении, где находится жидкая Hg, воздух содержит 10 мг/м3. Хроническое отравление Hg происходит уже при содержании Hg в сотых долях мг/м3. Развивающееся при этом заболевание микромеркуриализм проявляется в быстрой утомляемости, ослаблении памяти, головных болях, дрожании конечностей.
История применения Pb самая древняя, что связано с относительной простотой получения и распространённостью в земной коре. Соединения Pb — Pb3O4 и PbSO4 — основа широко применяемых пигментов: сурика и свинцовых белил; и глазурей, которыми древние покрывали глиняную посуду. Металлический РЬ, начиная со времён Древнего Рима, применяли при прокладке водопровода.
В настоящее время перечень областей применения Pb широк: производство электрических кабелей, свинцовых аккумуляторов, химическое машиностроение, атомная промышленность; производство хрусталя, эмалей, замазок, лаков, спичек, пиротехнических изделий, пластмасс (в качестве стабилизатора), пьезоэлектрических элементов и т.п. Объем современного производства Pb составляет 2,5 миллиона тонн в год. В результате производственной деятельности в природные воды ежегодно попадает 600 тысяч тонн Pb, а через атмосферу на поверхность Земли оседает около 400 тысяч тонн. В воздух основная часть Pb (260 тысяч тонн) выбрасывается с выхлопными газами автотранспорта, меньшая (30 тысяч тонн)-при сжигании каменного угля.
В результате хронической токсикации Pb происходят изменения состояния нервной системы, проявляющиеся в головной боли, головокружениях, повышенной утомляемости, раздражительности, нарушениях сна, потливости. Учёные США пришли к выводу, что токсикация Pb — причина агрессивного поведения школьников и снижения их работоспособности.
В тех странах, где использование бензина с добавками тетраэтилсвинца сведено к минимуму, содержание Pb в воздухе снижено многократно. Величина ПДК Pb в воздухе составляет 3 мкг/м3, ежегодный прирост его содержания в воздухе больших городов — 2 мкг/м3. Из приземного воздуха происходит оседание Pb на почву (величина ПДК для почв — 20 мг/кг) и на травяной покров. Проникновение Pb в почву в регионах, орошаемых кислотными дождями, происходит намного интенсивнее, чем в обычных. Через корневую систему ионы Pb транспортируются в наземную часть растений. Среднее содержание Pb в большинстве растений — 2-3 мг/кг. Меньше всего Pb в бобовых, больше всего в кабачках. С растительной пищей Pb попадает в организм человека.
Химический символ кадмия Cd курильщикам можно читать как аббревиатуру английского Cancer disease — раковое заболевание. Рак лёгких — вероятный результат длительного воздействия аэрозоля оксида кадмия, поступающего в альвеолы с табачным дымом. Среди заболевших раком лёгких 90%-курильщики. Табак — растение, в наибольшей мере аккумулирующее соли Cd из почвы — до 2 000 мкг/кг. Это во много раз превышает предельно допустимое содержание Cd в основных продуктах питания (в мкг/кг): рыба — 100, хлеб — 20, мясо — 50, овощи — 30, молоко — 10, фрукты — 30. По рекомендациям ВОЗ, допустимая суточная доза Cd — 70 мкг.
В воздух Cd поступает при сжигании ископаемого топлива на ТЭС, с газовыми выбросами предприятий, производящих или использующих Cd. Оседание Cd-аэрозолей на почвы дополняется внесением Cd в почву с минеральными удобрениями: суперфосфатом (7,2 мг/кг), фосфатом калия (4,7 мг/кг). селитрой (0,7 мг/кг). Заметно содержание Cd в навозе.
В технике Cd применяется для создания никель-кадмиевых аккумуляторов и бытовых батареек, аварийных и регулирующих стержней для атомных реакторов. Составной частью входит Cd в сплавы, катализаторы, лазерные материалы, красители, стабилизаторы. Используют Cd как антикоррозионное и декоративное покрытие изделий из железа и сталей.
Основное применение последнего члена мрачной тройки — Hg в электротехнической и электрохимической промышленности, как жидкий электрод в трубных выпрямителях тока, обновляющийся катод при электролизном получении щёлочи и хлора. Иные применения Hg (лабораторные приборы, лекарственные препараты, фунгициды) год за годом становятся все менее масштабными из-за опасности Hg-токсикации.
О токсичности соединений ртути, в частности сулемы (HgCl2), было известно очень давно. Но если королей травили сулемой, то теперь на авансцене — диметилртуть. Происходящая в обычных природных условиях замена атомов хлора на метильные группы повышает токсичность в миллион раз. Диметилртуть — доказанный канцероген, нейротоксикант; вызывает повышенную утомляемость, сонливость, потерю аппетита, головную боль, нервные расстройства, поражение почек, печени, потерю зубов и волос.
Пары ртути легко «метилируются»; соединяясь практически с любой органикой, взмывают ввысь, быстро преодолевают континентальные расстояния, выпадают с осадками. Единственный нейтрализатор — «кислотные дожди». Диметилртуть распадается, но ртуть-то никуда не исчезла (на уникальных кадрах индонезийский лес с каплями чистой ртути на листьях), её новое испарение и соединение с органикой — вопрос времени. Метилртуть прежде всего поражает водные экосистемы, как бы «укореняясь» в трофических (пищевых) цепях обитателей озёр и морей. Поэтому первыми жертвами становятся потребители морепродуктов. Впервые мировое внимание привлекли случаи массовой гибели индейских племён, питавшихся исключительно рыбой, в Канаде в 1970-х годах. Затем знаменитая «катастрофа залива Минамото» — буквальное вымирание жителей близлежащих селений, питавшихся морепродуктами. Учёные обнаружили виновника — завод уксусной кислоты использовал в синтезе ртуть. С тех пор показатель содержание ртути стал главным в рыботорговле.
Европейское законодательство установило предельную концентрацию ртути — 0,5 мг/на кг сырой массы, временно — 1 мг/кг. В США регулируется частота употребления. Рыбу с 0,5 мг/кг можно есть только раз в неделю, 1 мг/ кг — раз/месяц, а 1,9 мг/кг — нельзя есть вообще. В Финляндии рыбное питание для беременных женщин исключено.
Российские уровни ПДК составляют 0,3 мг/кг для пресноводной нехищной рыбы и 0,6 мг/кг для пресноводной хищной.
Сама жидкая Hg не обладает выраженными токсичными свойствами. В прошлом жидкую Hg использовали при лечении заворота кишок. Известен медицинский случай нечаянного попадания жидкой Hg в кровь без трагических последствий. Пары ртути губительно действуют на организм, поражая нервную систему. В непроветриваемом помещении, где находится жидкая Hg, воздух содержит 10 мг/м3. Хроническое отравление Hg происходит уже при содержании Hg в сотых долях мг/м3. Развивающееся при этом заболевание микромеркуриализм проявляется в быстрой утомляемости, ослаблении памяти, головных болях, дрожании конечностей.