Основные характеристики тяжелых металлов, нефти и нефтепродуктов, пестицидов, ПХБ, СПАВ и других агентов, как субстанций, загрязняющих окружающую среду

Подождите немного. Документ загружается.

Оглавление:

Оглавление:..........................................................................................................................2

Введение................................................................................................................................3

Тяжелые металлы...........................................................................................................4

Нефть и нефтепродукты..........................................................................................9

Пестициды..........................................................................................................................13

Различные химические вещества..................................................................20

Синтетические поверхностно-активные вещества..................................20

Фенолы.................................................................................................................................22

Полихлорированные бифенилы...........................................................................24

Заключение........................................................................................................................25

Список использованной литературы:........................................................26

Введение.

В настоящее время достаточно остро стоит проблема загрязнения водной среды

различными токсическими веществами. Токсические вещества в водную среду могут

поступать из естественных и антропогенных источников. Естественные загрязнения

связаны с вулканической активностью, разрушением горных пород, выделением

продуктов жизнедеятельности различных организмов. Антропогенное же загрязнение

является результатом человеческой деятельности и может быть первичным и вторичным.

Первичное загрязнение обусловлено непосредственным ухудшением качества воды за

счет поступления в водоемы загрязняющих веществ из антропогенных источников.

Вторичное загрязнение вызывается появлением в водной среде избыточных количеств

продуктов жизнедеятельности и остатков гидробионтов, главным образом растительных

организмов, связанных с нарушением естественных экологических взаимоотношений в

результате первичного загрязнения.

По объему загрязнения и по потенциальной биологической и экологической

эффективности наиболее существенными оказываются тяжелые металлы, нефть и

нефтепродукты. Пестициды различной химической природы, синтетические

поверхностно-активные вещества, полихлорированные бифенилы, продукты и

полупродукты различных химических производств.

Все эти вещества в огромном количестве присутствуют в нашей жизни, отравляя не

только нас, но и все остальные живые организмы. Тяжелые металлы поступают в

окружающую среду с различных металлургических и энергетических предприятий, с

выхлопами транспорта и т.д. Нефть представляет собой совокупность многочисленных

органических соединений, каждое из которых потенциально опасно. Основные

загрязнения нефтью и нефтепродуктами происходят во время ее добычи и

транспортировки. Пестициды необходимы для защиты продуктов питания от различного

рода вредителей. Пестицидов огромное количество, постоянно разрабатываются их новые

виды для борьбы с вредителями, адаптировавшихся к действию уже существующих.

Различные продукты химических производств прочно вошли в нашу жизнь, в наш быт.

Все они могут стать ядом для различных организмов, в том числе и для нас, в

результате аварий, халатности, бездумного использования, случайно или умышленно.

Поэтому следует иметь ясное представление о веществах, с которыми имеешь дело,

тщательно следить за соблюдением всех необходимых мер безопасности, быстро и

эффективно ликвидировать последствия аварий и других непредвиденных случаев.

Тяжелые металлы.

Тяжелые металлы - металлы, имеющие плотность не менее 5г/см

. К ним относятся

ртуть, медь, никель, кобальт, свинец, цинк, олово, кадмий, хром. При некоторых

условиях и легкие металлы (например, А1) могут проявлять высокую токсичность.

Иногда в группе металлов рассматривается и мышьяк, приближающийся к ним по

своим свойствам.

Тяжелые металлы относятся к числу распространенных и весьма токсичных

загрязняющих веществ. Источником загрязнения металлами являются предприятия

горнорудной, металлургической и энергетической отраслей промышленности,

лакокрасочные покрытия, защищающие суда от обрастания. Существенным источником

загрязнения водной среды через атмосферные осадки оказываются дымы разного

происхождения, в том числе автотранспорта.

Тяжелые металлы являются неотъемлемой частью живого организма в качестве

компонентов пластического материала и факторов, обеспечивающих нормальное

течение его физиологических и биохимических процессов. Несомненна роль многих

металлов как микроэлементов.

Совершенствование техники химического анализа, а также детальное изучение

биохимических процессов позволили установить важную биологическую роль многих

элементов, еще совсем недавно не относившихся к числу эссенциальных. Всего в

живых организмах на сегодняшний день обнаружено 80 элементов, включая такие

тяжелые металлы как Mn, Ni, Сu, Сг, V и Zn. Все они, наряду с Fe, Co и Мо, входят

в состав ферментов или их активаторов. Например, марганец обнаружен в

простетических группах ферментов, ответственных за синтез специфических

полисахаридов, являющихся составной частью хрящей. К важнейшим

марганецсодержащим ферментам относится пируваткарбоксилаза; он входит также в

состав супероксиддисмутаз, фосфаттрансферазы, ДНК-полимеразы.

Еще более обширен перечень энзимов (около 200), в которые входит цинк.

Среди них один из наиболее распространенных в органическом мире —

карбоангидраза, катализирующая гидратацию СО-2 и участвующая в тканевом

обмене всех органов. Цинксодержащие ферменты — это типичные катализаторы

гликолиза (алкоголь-, лактат- и глицеральдегидфосфатдегидрогеназы), а также

карбоксипептидаза и др.

Медь в живых организмах входит в состав белков: у млекопитающих это, в

основном, белок сыворотки крови церулоплазмин, синтезируемый в печени. В

числе тканевых ферментов можно назвать также цитохромкиназу. У

беспозвоночных медь содержится в дыхательном пигменте гемоцианине.

Относительно недавно начала проясняться биологическая роль хрома и

никеля. Первый из них участвует в липидном, а также в углеводном обмене; при

сахарном диабете содержание хрома в тканях человека понижено. Никель обнаружен

в уреазах, широко распространенных в растениях и найденных у ряда

микроорганизмов; он содержится в составе ферментов метанового брожения

архебактерий (у животных никельсодержащие энзимы не выявлены).

Вместе с тем, индивидуальная потребность в перечисленных металлах очень

невелика. Например, в организме человека общее содержание марганца, составляет

всего лить около 8 мг. Превышение этих естественных уровней содержания часто

приводит к возникновению тяжелых нарушений метаболизма. С точки зрения химиче-

ской экотоксикологии наибольшее внимание привлекают те металлы, которые

склонны к бионакоплению и экологической магнификации.

Поступление тяжелых металлов в окружающую среду происходит как в

результате естественных процессов (образование аномально обогащенного

элементами морского и вулканического аэрозоля, выветривание почв и горных пород

и т.п.), так и в результате антропогенных выбросов.

Степень экологического воздействия тяжелых металлов определяется, в первую

очередь, формами их нахождения. После поступления в окружающую среду они

подвергаются различным превращениям с изменением валентности и растворимости.

Например, металлургические предприятия, тепло- и электростанции выбрасывают

тяжелые металлы преимущественно в нерастворимой форме, однако в ходе

атмосферного переноса происходит постепенное их выщелачивание из минеральной

(алюмосиликатной) матрицы аэрозольных частиц и переход в ионную,

водорастворимую форму.

Основными антропогенными источниками тяжелых металлов служат:

— различные топливные установки;

— автотранспорт;

—

предприятия черной и цветной металлургии;

— горнодобывающие предприятия;

— цементные заводы; .

— химические предприятия;

— гальванические производства.

Из всех тяжелых металлов в наибольших количествах в окружающую среду

выбрасываются свинец, цинк и никель (соответственно по 33, 13 и 6 тыс. т/год в

странах Западной Европы). Однако если оценивать антропогенный поток в

атмосферу относительно содержания металлов в литосфере, то порядок будет таким:

Cd > Рb > As > Zn > Ni > Со > Se. Сейчас антропогенные потоки Pb, Hg, Cd, Ni, V,

As, Sb и Se превалируют над естественными источниками и составляют более 90%

общего поступления этих элементов в атмосферу.

Вредное влияние солей тяжелых металлов проявляется как:

1) действие выпадающих нерастворимых гидроокисей металлов,

отлагающихся на жабрах и икре и вызывающих гибель икры и рыб (гидроокиси

железа, марганца);

2) действие, подобное действию кислот. Некоторые соединения тяжелых

металлов (трехвалентное железо, сульфат хрома, хромовые кислоты, бихромат калия),

гидролизуясъ, снижают рН воды;

3) специфическое токсическое действие. На этом специфическом действии

основывается токсичность подавляющей части соединений тяжелых металлов.

Степень токсичности тяжелых металлов в водоёме зависит от ряда факторов:

– концентрации и продолжительности действия, температуры воды (с повышением

температуры воды растворимость соединений ртути и их токсичность увеличиваются).

Например, чувствительность дафний к воздействию ионов тяжелых металлов при

температуре воды 30°С увеличивается в десятки, сотни и тысячи раз;

– от содержания кислорода (при снижении концентрации растворенного кислорода

токсичность ртути увеличивается);

– от величины рН воды (более высокое содержание ртути в рыбе и воде отмечается

в подкисленных озёрах;

– от наличия комплексообразователей (снижение рН и недостаток кислорода при

отсутствии комплексообраэователей способствуют усиленному переходу ртути из донных

осадков в воду);

– oт жесткости воды (увеличение жесткости воды снижает степень токсичности

ртути для рыб) и т.д.

При отравлении солями тяжелых металлов у карпов, линей, лососей появляется

беспокойство, повышается частота дыхательного ритма (у лососей это особенно выра-

жено), наблюдается обильное выделение слизи. Затем реакция на внешнее раздражение

снижается, движение рыбы становится толчкообразным, вялым, она опрокидывается на

бок, частота дыхательного ритма снижается, и ритмичность дыхания нарушается, что

приводит к смерти без судорог. Лини при отравлении захватывают атмосферный

воздух. Картина отравления подобна той, которая наблюдается при медленном удушье,

вызываемом комбинированным действием как недостатка кислорода, так и избытка

углекислоты в организме рыб. Рыбы, находясь в растворах солей тяжелых металлов,

нуждаются в большом количестве растворенного в воде кислорода (120—150%

нормальной потребности). При дефиците кислорода смерть наступает быстрее. Ды-

хание рыб нарушается вследствие прямого действия солей тяжелых металлов на

респираторный эпителий жабр. Уже в стадии потери рефлекса равновесия половина

респираторного эпителия отделяется от нитей жаберных пластинок, у погибших рыб

он поврежден почти полностью. На токсичность солей тяжелых металлов существенно

влияет содержание в воде минеральных солей, особенно карбонатная жесткость, так

как многие соли тяжелых металлов образуют с ними нерастворимые комплексы, в

результате чего токсичность их значительно снижается. Кроме того, в уменьшении

токсичности этих соединений большую роль играет антагонизм ионов. Следовательно, в

мягкой воде токсичность солей тяжелых металлов значительно выше.

Токсичность отдельных соединений сильно колеблется и неодинакова для

разных гидробионтов. Например, Daphnia hyalina более чувствительна к стронцию и

цинку и менее - к никелю. Cyclops abissorum резистентнее к перечисленным металлам,

чем дафнии. Ртуть остротоксична для многих гидробионтов в концентрациях свыше 1

мкг/л, свинец - при содержании более 0,1 мкг/л, кадмий - при 1 мг/л. Для краба

Eurypanopeus depressus ЛК

хлористого кадмия составляет 4,9 мг/л.

Оловоорганические соединения вызывают полную гибель водорослей Chlorella

vulgaris и Scenedesmus quadricauda, ряски и элодеи в концентрации 0,5 мг/л.

Значительно токсичнее они для животных, вызывая полную гибель рачков дафний,

личинок насекомых и рыб (теляпий) соответственно в концентрациях 10, 250 и 50 мкг/

л.

В организм водных животных металлы попадают в основном с пищей, меньшее

значение имеет непосредственное проникновение через поверхность тела - путь,

характерный для водных растений. Токсичность металлов зависит не только от их

концентрации и продолжительности действия. Большую роль играют температура,

насыщенность воды кислородом, синергизм и антагонизм ионов, жесткость воды и

другие факторы.

Разные соединения одних и тех же металлов могут подвергаться в организме

различным превращениям. При этом выявляется неодинаковая их способность

проникать через биологические барьеры, а также специфическое действие некоторых

из них. Вместе с тем в токсическом действии металлов имеются общие особенности:

1) универсальное влияние на живые объекты, характеризующее эту

группу как общепротоплазматические яды;

2) склонность к образованию комплексов с многочисленными радикалами,

в том числе с компонентами клеток, белков, аминокислот и т.д.

Для осуществления непосредственного контакта любого яда с тканями, клетками,

рецепторами ему приходится проникать через множество пограничных поверхностей -

биологических мембран. Роль последних играет кожа, слизистая желудочно-

кишечного тракта, эндотелий сосудов, оболочки клеток. Действие тяжелых металлов

обусловлено денатурирующим действием на ткани, клетки, белки.

Токсическое действие металлов может заключаться в грубом нарушении

структуры коллоидных систем, в денатурации, осаждении белков; при очень

больших разведениях - в связывании и блокировании активных центров ферментов.

Именно эти нарушения нормальной и согласованной работы ферментных систем

представляют основной механизм действия токсических веществ. Сила

денатурирующего действия металлов неодинакова. Так, для белков крови

преципитирующее действие убывает в ряду: Сu, Zn, Co, Мn.

Осуществление токсического действия происходит при контакте яда с

биосубстратом - при первичной реакции. После растворения (и часто диссоциации) в

жидких средах организма часть металлов (их катионов), циркулируя в крови,

связывается с оболочками клеток крови или интимами капилляров, нарушая

проницаемость последних. Катионы сочетаются также с белками, жирными

кислотами, аминокислотами плазмы крови. Частично в этом связанном виде, частично

свободные катионы металлов достигают поверхности всех тканей и клеток. К действию

тяжелых металлов очень чувствительны химически активные группы, связанные с ее

оболочкой. В результате проницаемость оболочки нарушается. Это считается

доказанным на примере действия свинца, при отравлении которым эритроциты

становятся проницаемыми для калия.

Нарушение проницаемости оболочки приводит к перераспределению металла,

проникновению его в цитоплазму. Таким образом, возникает вторичный эффект.

Некоторые авторы считают наиболее важным первичный эффект, так как нарушение

в одном звене жизненных процессов последовательно вызывает ряд нарушений,

расстраивающих функции всей клетки и даже ее гибель. При этом первая фаза -

сорбция металла, связывание его и нарушение проницаемости оболочки -

происходит быстрее, а проникновение в цитоплазму - медленнее.

После диссоциации соединений металлов их катионы соединяются с различными

органическими молекулами или группами в лиганды, замещая в биосубстратах

водород. Химические группы, с которыми чаще всего связываются металлы, - это

гидроксилы, карбоксилы, фосфаты, азот, SH-группы. При реакции ионов металлов с

сульфгидрильными группами образуются нерастворимые, слабо диссоциирующие

меркаптиды. Образование их является причиной осаждения белков металлами. В то же

время "сродство" катионов металлов к SH-группам пропорционально нерастворимости

соответствующих сульфидов (меркаптидов) металлов.

С SH-группами белков и ферментов связаны физиология нервной деятельности,

клеточное дыхание, мышечное сокращение, проницаемость клеточной оболочки, в

частности, митохондрий. Повреждение или инактивация SH-групп ведет поэтому к

серьезным расстройствам.

Тяжелые металлы, склонные к образованию очень трудно растворимых

гидроокислов фосфатов, альбуминатов или весьма стойких комплексов, плохо

всасываются из желудочно-кишечного тракта или при любых других путях введения.

Поступившие в кровяное русло и циркулирующие в нем металлы

транспортируются потом к органам и тканям. Ведущую роль при этом играют белки

плазмы, обладающие выраженной способностью к неспецифическому связыванию с

металлами, осуществляющие обмен между кровью и тканями, так как металлы связаны с

белками обратимо. Таким образом металлы (частью в виде свободных ионов, частью в

связанном состоянии)проникают в тканевые жидкости, а затем более или менее быстро

проходят внутрь клеток. Благодаря способности к комплексообразованию металлы в

тканях откладываются в виде комплексных соединении с белками, аминокислотами.

Накапливаются они, как правило, во всех тканях, но неравномерно, в ряде случаев

избирательно. Например, в почках - высокое содержание Hg, в эритроцитах -

преимущественное накопление РЬ, шестивалентного Cr, As, Se. В ионизированном

состоянии они больше депонируются в костной ткани.

В отличие от загрязняющих органических веществ, тяжелые металлы

практически вечны, так как не разрушаются при действии природных факторов. Их

удаление из водоема возможно лишь за счет улетучивания (ртуть) или захоронения в

донных осадках.

Нефть и нефтепродукты.

Нефть и нефтепродукты присутствуют в воде в виде радужной пленки различной

толщины, растворенной в толще воды с концентрацией до 150, а в некоторых районах до

300—500 мг/л, эмульгированной и находящейся во взвешенном состоянии более или

менее крупными комочками. Нефтяная пленка и эмульгированные частицы в зависимости

от пилы и направления ветра и течения воды могут перемещаться на большие расстояния

от источника загрязнения и в конце концов либо выбрасываться на берег, загрязняя

береговую полосу, которая может служить источником вторичного загрязнения водоема,

либо оседать на дно. Таким образом, легкие фракции в виде пленки или водного раствора

отравляют организмы, обитающие в толще воды, а утяжеленные фракции, попадая на дно,

уничтожают донные организмы.

Нефть и нефтепродукты (бензин, керосин, соляровое масло, мазут и др.) состоят из

многих углеводородов (от 40 до нескольких сотен), каждый из которых можно

рассматривать как самостоятельный токсикант. В воде они быстро теряют свои

первоначальные качества, превращаясь в комплекс углеводородов и других соединений

(условно - "нефть"). С другой стороны, нефть и нефтепродукты находятся в водоеме не

в виде отдельных углеводородов, а в виде комплексов, характерных для сырой нефти

или продуктов ее перегонки. Поэтому с токсико-экологических позиции нефть и

нефтепродукты можно рассматривать в качестве самостоятельного группового

токсиканта.

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, обычно имеющую

темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Состоит

преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов

(от С

до С

) и содержит 80 - 85% С, 10-14% Н, 0,01-7% S, 0,01% N и 0-7% О

Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) – подразделяются на четыре

класса.

1) Парафины (алканы) - до 90% от общего состава нефти - устойчивые

насыщенные соединения C

+2, молекулы которых выражены прямой

или разветвленной (изоалканы) цепью атомов углерода. Парафины

включают газы метан, этан, пропан и другие. Соединения с 5-17 атомами

углерода являются жидкостями, а с большим числом атомов углерода -

твердыми веществами. Легкие парафины обладают максимальной

летучестью и растворимостью в воде.

2) Циклопарафины (нафтены) - насыщенные циклические соединения

с 5-6 атомами углерода в кольце (30-60% от общего состава нефти).

Два атома углерода в молекуле могут быть замещены

алкильными группами –СН

, –C

и др. Кроме циклопентана и

циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические

нафтены. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются

биоразложению.

3) Ароматические углеводороды (20-40% от общего состава нефти) -

ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в

кольце

на 6 атомов углерода меньше, чем соответствующие нафтены. Атомы

углерода в этих соединениях также могут замещаться алкильными

группами. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде

одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические

(нафталин), трициклические (антрацен, фенантрен) и

полициклические углеводороды.

4) Олефины (алкены) - до 10% от общего состава нефти - ненасыщенные

нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у

каждого атома углерода в молекуле, имеющие прямую или разветвленную

цепь.

В зависимости от месторождения нефти существенно различаются по составу

углеводородов. Выделяют четыре группы: 1 - парафиновые, 2 - нафтеновые, 3 -

смешанные, 4 - ароматические. Так, пенвилъванская и кувейтская нефти

квалифицируются как парафинистые; бакинская и калифорнийская - преимущественно

нафтеновые; остальные - промежуточных типов. Сырая нефть может не содержать

циклических соединений, но вырабатывать их в сточных водах.

В нефти присутствуют также серосодержащие соединения (до 7% S), жирные

кислоты (до 5% кислорода), азотные соединения (до 1% азота) и некоторые

металлоорганические производные (с ванадием, кобальтом и никелем).

Количественный анализ и идентификация нефтепродуктов в водной среде

затруднены не только из-за их многокомпонентности и различия форм

существования, но и вследствие природного фона углеводородов естественного и

биогенного происхождения.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими

веществами в Мировом океане. К началу 80-х годов в океан ежегодно поступало около 6