Тяжелые металлы в воде

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Тюменская Государственная Сельскохозяйственная Академия 
 
 

Кафедра «Биотехнологий и ВМ» 
 
 

Реферат на тему:

«Тяжелые металлы в воде» 
 
 
 
 

Выполнил: Кривенко И. А.

Проверил: Михайлова Л. В. 
 
 
 
 
 
 

г. Тюмень 2010 

Содержание 
 
 
 

Введение………………………………………………………………………3стр.

1. Тяжелые металлы….……………………………………………………..4стр.
2. Тяжелые металлы в воде…………….…………………………………….5стр.
1. Источники поступления…………………………………………….5стр.
2. Воздействие на гидробионты и человека…………….……………5стр.
3. Свинец…………….……………………………………….………………6стр.
4. Никель…………………………………………………….……………….7стр.
5. Кобальт…………………………………………..……….……………….8стр.
6. Методы обнаружения тяжелых металлов…………..………….………9стр.
7. Методы очистки…………………………………………………………..9стр.

Заключение…………………………………………………………………12стр.

Список  литературы………………………………………………………..13стр. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

    Термин "тяжелый металл" относится  к любому металлическому химическому  элементу, который имеет относительно высокую плотность и токсичен или ядовит при низких концентрациях. Тяжелые металлы опасны, потому что они имеют тенденцию к биоаккумулированию. Биоаккумуляция означает увеличение концентрации химического элемента в биологическом организме, через какое-то время, по сравнению с концентрацией этого элемента в окружающей среде. Соединения тяжелых металлов накапливаются в живых существах, и накапливаются быстрее чем разрушаются или преобразуются. Цель моей работы, установить пути поступления тяжелых металлов в воду, рассказать как их предотвратить. Узнать как воздействую тяжелые металлы на гидробионты, и как очистить воду от тяжелых металлов.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Тяжелые металлы

    Термин  тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).

    В работах, посвященных проблемам  загрязнения окружающей природной  среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. 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. 
 

2. Тяжелые металлы в воде

    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.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.1 Источники поступления

    Тяжелые металлы и их соли — широко распространенные промышленные загрязнители. В водоемы  они поступают из естественных источников (горных пород, поверхностных слоев  почвы и подземных вод), со сточными водами многих промышленных предприятий  и атмосферными осадками, которые  загрязняются дымовыми выбросами. Тяжелые  металлы как микроэлементы постоянно  встречаются в естественных водоемах и органах гидробионтов (см.таблицу). В зависимости от геохимических условий отмечаются широкие колебания их уровня.

 
 
 
 
 

    2.2 Воздействие на гидробионты и человека

    Считают, что большая часть неорганических соединений металлов поступает в  организм гидробионтов с пищей. Например, абсорбция проглоченного свинца не велика – по причине образования нерастворимых форфата Pb₃(PO₄)₂ и основного карбоната Pb₃(CO₃)₂(OH)₂. Но свинец также может поступить с воздухом, в результате загрязнения продуктами горения тетраэтилсвинца Pb(C₂H₅)₄, который входит в состав бензина (для повышения октанового числа). Свинец воздействует на нервную систему, печень, пищеварительную систему. Никель не так токсичен как свинец, но он легко абсорбируется в органах дыхания, вызывает острый желудочный дискомфорт. Интоксикация никелем приводит к разрушению сердечной и других тканей. Кобальт известен как необходимый компонент витамина В₁₂. Не смотря на полезные свойства кобальта, его избыток уменьшает способность щитовидной железы аккумулировать йод. 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Свинец

    Естественными источниками поступления свинца в поверхностные воды являются процессы растворения эндогенных (галенит) и  экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов. Значительное повышение  содержания свинца в окружающей среде (в т.ч. и в поверхностных водах) связано со сжиганием углей, применением  тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом  в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических производств, шахт и т.д. Существенными факторами понижения концентрации свинца в воде является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения. В числе других металлов свинец извлекается и накапливается гидробионтами. Свинец находится в природных водах в растворенном и взвешенном (сорбированном) состоянии. В растворенной форме встречается в виде минеральных и органоминеральных комплексов, а также простых ионов, в нерастворимой - главным образом в виде сульфидов, сульфатов и карбонатов. В речных водах концентрация свинца колеблется от десятых долей до единиц микрограммов в 1 дм³. Даже в воде водных объектов, прилегающих к районам полиметаллических руд, концентрация его редко достигает десятков миллиграммов в 1 дм³. Лишь в хлоридных термальных водах концентрация свинца иногда достигает нескольких миллиграммов в 1 дм³. Лимитирующий показатель вредности свинца - санитарно-токсилогический. ПДК_в свинца составляет 0.03 мг/дм³, ПДК_вр - 0.1 мг/дм³ Свинец - промышленный яд, способный при неблагоприятных условиях оказаться причиной отравления. В организм человека проникает главным образом через органы дыхания и пищеварения. Удаляется из организма очень медленно, вследствие чего накапливается в костях, печени и почках.

    Лимитирующий  показатель вредности свинца - санитарно-токсилогический. ПДК_в свинца составляет 0.03 мг/дм³, ПДК_вр - 0.1 мг/дм³

4. Никель

    Присутствие никеля в природных водах обусловлено  составом пород, через которые проходит вода: он обнаруживается в местах месторождений  сульфидных медно-никелевых руд  и железо-никелевых руд. В воду попадает из почв и из растительных и животных организмов при их распаде. Повышенное по сравнению с другими типами водорослей содержание никеля обнаружено в сине-зеленых водорослях. Соединения никеля в водные объекты поступают также со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. Огромные выбросы никеля сопровождают сжигание ископаемого топлива. Концентрация его может понижаться в результате выпадения в осадок таких соединений, как цианиды, сульфиды, карбонаты или гидроксиды (при повышении значений рН), за счет потребления его водными организмами и процессов адсорбции. В поверхностных водах соединения никеля находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии, количественное соотношение между которыми зависит от состава воды, температуры и значений рН. Сорбентами соединений никеля могут быть гидроксид железа, органические вещества, высокодисперсный карбонат кальция, глины. Растворенные формы представляют собой главным образом комплексные ионы, наиболее часто с аминокислотами, гуминовыми и фульвокислотами, а также в виде прочного цианидного комплекса. Наиболее распространены в природных водах соединения никеля, в которых он находится в степени окисления +2. Соединения Ni³⁺ образуются обычно в щелочной среде. Соединения никеля играют важную роль в кроветворных процессах, являясь катализаторами. Повышенное его содержание оказывает специфическое действие на сердечно-сосудистую систему. Никель принадлежит к числу канцерогенных элементов. Он способен вызывать респираторные заболевания. Считается, что свободные ионы никеля (Ni²⁺) примерно в 2 раза более токсичны, чем его комплексные соединения

    В речных незагрязненных и слабозагрязненных  водах концентрация никеля колеблется обычно от 0.8 до 10 мкг/дм³; в загрязненных она составляет несколько десятков микрограммов в 1 дм³. Средняя концентрация никеля в морской воде 2 мкг/дм³, в подземных водах - n^.10³ мкг/дм³. В подземных водах, омывающих никельсодержащие горные породы, концентрация никеля иногда возрастает до 20 мг/дм³.