Загрязнение водной среды неорганическими веществами

С проблемой недостаточного распада отходов приходится сталкиваться и в случае веществ неорганического происхождения. В первую очередь это обнаруживается при загрязнении воды хлоридами, минеральными удобрениями, соединениями тяжелых металлов и кислотами.

1. Ионы, поступающие из удобрений и солей,

используемых для снеготаяния.

Для таяния льда, как правило, используют поваренную соль, которая в широком диапазоне концентраций не токсична для большинства живых существ. Но благодаря высокому осмотическому давлению, проявляющемуся при концентрации солей, может нарушать нормальное функционирование осмотических систем в пресной воде.

Обычно пресная вода содержит 2-10мг хлоридов на литр. Морская вода содержит значительно больше. К главным источникам загрязнений относятся сточные воды соляных рудников, а также потоки соленой воды на улицах и автострадах в зимнее время.

Для хлоридов нет общепринятых норм для внутренних водоемов, допустимая засоленность зависит от общей загрязненности воды. Содержание хлоридов в воде определяет и ее пригодность для питья. Для питьевой воды предельное значение составляет 200мг/л. Вода с большим содержанием либо солона, либо горька на вкус. Содержание хлоридов в воде также определяет возможность ее использования в сельском хозяйстве.

Совсем иначе, чем хлориды, на воду действуют удобрения. Обычно хорошо растворимые в воде удобрения вымываются обильными дождями, попадая в грунтовые воды и поверхностные водоемы. В наиболее распространенных удобрениях ионы К⁺ и Са²⁺ можно считать безвредными, т.к. их концентрации в природных водах не опасны для живых существ и не наносят ущерба природной среде.

Напротив, ионы NO₃^- , NH₄⁺ , H₂PO₄^- способствуют зарастанию водоемов растительностью.

При высоких значениях рН фосфаты выпадают в виде солей кальция и железа, что снижает эффект зарастания водоемов. При создании в воде анаэробной среды и росте содержания восстановителей в результате процессов брожения выпавших в осадок фосфат железа (III) восстанавливается до фосфата железа (II), после чего зарастание водоемов вновь усиливается.

Растворимые соединения азота не только способствуют зарастанию водоемов; попадая в питьевую воду, они могут оказывать токсическое действие на людей. Проникая с пищей в организм, нитраты микробиологически восстанавливаются до нитритов, в результате в крови образуются нитрозил-ионы:

NO₂^- + H⁺ => NO⁺ + OH^-

Нитрозил-ионы могут окислять железо (II) в гемоглобине до железа (III), что препятствует связыванию кислорода гемоглобином при образовании координационной связи между железом и кислородом:

Fe²⁺ + NO⁺ => Fe³⁺ + NO

В результате возникают симптомы кислородной недостаточности, приводящей к цианозу (синюхе). При переходе 60-80% железа (II) гемоглобина в железо (III) наступает смерть.

Нитриты расширяют сосуды и образуют в кислой среде желудка азотистую кислоту, обладающую мутагенным действием. Кроме того, нитриты в кислой среде образуют в желудке вместе с органическими аминами из растительной и животной пищи нитрозамины, также обладающие мутагенным действием:

R₁ \ + H⁺ R₁ \

NH + NO₂^- ======> N - N = O

R₂ / - H₂O R₂ /

2. Тяжелые металлы.

К числу важнейших факторов, обусловливающих загрязнение воды, относятся тяжелые металлы. Попадание в воду тяжелых металлов связано с деятельностью целого ряда отраслей промышленности.

Поскольку тяжелые металлы содержатся также и в бытовых отходах, существует опасность, что они могут попасть из свалок в грунтовые воды.

Попавшие в воду соединения тяжелых металлов сравнительно быстро распространяются по большому объему. Частично они выпадают в осадок в виде карбонатов, сульфатов или сульфидов, частично адсорбируются на минеральных или органических осадках. Поэтому содержание тяжелых металлов в отложениях постоянно растет. Особенно напряженная ситуация может возникнуть, если адсорбционная способность осадков будет исчерпана. Когда будет достигнута адсорбционная емкость, тяжелые металлы начнут поступать в воду. Но еще задолго до наступления насыщения тяжелые металлы из отложений могут переходить в воду, оказывая вредоносное воздействие на окружающую среду.

Если рН воды значительно меньше 7, то осадженные тяжелые металлы могут перейти в воду. Значение рН уменьшается при попадании кислот в реки и в сильно заросшие водоемы, когда в результате активной деятельности растущих микроорганизмов выделяется особенно много СО₂ .

Для ртути и олова обнаружено, что в морских анаэробных условиях, т.е. в отложениях отмерших водорослей , они, присоединяя Н₂, переходят в летучие соединения.

Марганец при окислении выпадает в виде нерастворимого МпО₂, который в анаэробных условиях , вероятно с помощью микроорганизмов, переходит в растворимый в воде ион Мп²⁺

МпО₂ + 4Н⁺ + 2е^- à Мп²⁺ + 2Н₂О

Хотя Мп и относится к числу жизненно необходимую элементов, однако лишь при следовых концентрациях в организме он может участвовать в качестве переносчика в окислительно-восстановительтных реакциях. При высоких концентрациях этот элемент токсичен.

Для некоторых тяжелых металлов установлена возможность микробиологического алкилирования, т.о. они могут включаться в цикл питания; метилирования характерно для мышьяка и ртути. Металлическая ртуть может метилироваться в две стадии:

Hg => CH₃Hg⁺ => (CH₃)₂Hg

Как ионы метилртути, так и диметилртути сорбируются организмом.

Кадмий может замещать цинк в цинкосодержащих ферментах. После этого фермент становится неактивным, а организмы, в которые попал кадмий, могут служить пищей для других организмов, т.о Cd внедряется в общую цепь питания.

Вообще тяжелые металлы представляют особую опасность для организма вследствие их устойчивости и липофильности (взаимодействию с жирами), обусловливающими большой период полувыведения, т.е. время, в течение которого выделяется или разрушается половина усвоенного организмом вещества. Биологический период полувыведения Hg велик, он составляет для большинства тканей организма человека 70-80 дней. Для Cd - более 10 лет. Cd преимущественно отлагается в костях, метилртуть - в клетках центральной нервной системы, хром (VI) блокирует многие ферменты печени.

У растений устойчивость к воздействию тяжелых металлов выше, чем у людей и животных.

3. Кислотные выбросы.

Важным компонентом кислотных выбросов являются так называемые "слабые" кислоты, под которыми подразумевают очень разбавленные кислоты, получающиеся из отходов производств органических соединений и титанового производства. Кислый раствор, образующийся при получении TiO₂, содержит около 2% серной кислоты, загрязненной сульфатом железа, а также рядом тяжелых металлов.

Для внутренних водоемов наибольшую опасность представляют кислотные дожди. К тому же важную роль могут играть кислоты почв, если в водоемы попадают воды из почв, содержащих сырой гумус. Когда рН водоема снижается с 6 до 4,7, отмечается массовая гибель пресноводных рыб. На закисленные воды болезненно реагируют раковинные моллюски. Если рН падает ниже 5,2 , то Са²⁺-обмен у них настолько нарушается, что им грозит гибель. Несмотря на несколько большую сопротивляемость, рыбы также страдают при понижении рН. Для последних предельное значение рН составляет 5-4,5 в зависимости от вида рыбы. У рыб и планктона, как и раковинных, при низких значениях рН в первую очередь нарушается Са²⁺ -обмен. При значениях рН < 4,5 из силикатов выщелачиваются ионы Al³⁺, которые вызывают некрозы (разрушение) тканей организма рыб и их гибель.