Рис. 2.5. Круговорот загрязняющих веществ в природе
но минимизировать выращиванием на загрязненных полях только кормов для животных или таких культур, которые используются для питания че ловека в малых дозах.
Характеристика некоторых токсичных элементов
Р т у т ь (Hg)
Жидкий серебристый металл. Устойчив к действию воздуха и воды, не реагирует с кислотами (за исключением HNOKOH„) и щелочами.
Биологическая роль. Отсутствует, метиловая ртуть высокотоксична. Содержание в человеческом организме:
мышечная ткань, % - (0,02—0,7)-10-5; костная ткань, % - 0,45-10-5; кровь, мл/л - 0,0078;
ежедневный прием с пищей, мг - 0,004-0,02; токсическая доза, мг - 0,4; летальная доза, г - 150-300.
Предполагается, что распространение в окружающей среде осуществля ется в виде круговоротов двух типов.
Круговорот первого типа является глобальным по масштабам и включа ет атмосферный перенос паров элементной ртути от наземных источни ков в Мировой океан. Однако содержание ртути в Мировом океане настоль ко велико (порядка 70 млн т), что ежегодное возрастание ее концентрации в результате выпадения из глобального кругооборота практически не за метно.
Круговорот другого типа является локальным. Он основан на процессах металлирования неорганической ртути, поступающей главным образом из антропогенных источников. Процесс металлирования неорганической рту-
та в донных отложениях рек, озер и других водоемов является ключевым звеном движения ртути по пищевым цепям водных организмов.
Ртуть занимает первое место по негативному воздействию. Одним из су щественных аспектов “ртутной проблемы” является объем производства металлической ртути как сырья для ряда отраслей промышленности: хими ческой, электротехнической, приборостроительной (термометры, маномет ры, вакуумметры) и т.д., равно как ее применение (ранее) для ртутьсодержа щих пестицидов, гербицидов и лекарственных препаратов. В б. СССР произ водилось около 1 2 0 0 т ртути в год, большая часть промышленных предпри ятий была сконцентрирована за пределами Российской Федерации. В то же время промышленными предприятиями, находящимися сейчас на террито рии России, используется порядка 1800 т ртути в год. Производство ртути в РФ не превышает 200 т и таким образом налицо ежегодный дефицит. Точ но указать процент вторично используемой ртути затруднительно, но и по самым оптимистичным оценкам он не превосходит 50%.
Учитывая экономические сложности, массовый переход промышленно сти на безртутные технологии в настоящее время невозможен. Несмотря на имеющиеся разработки, внедрение новых производственных процессов рас тянется не менее чем на 1 0 лет и, следовательно, в ближайшие годы сохра нится дефицит металлической ртути. Ртуть один из немногих элементов, ко торый находится в жидком состоянии при комнатной температуре. Хотя точка ее кипения 357 °С, она очень летуча, а поэтому и особенно опасна. В 1 м3 насыщенного при 25 °С воздуха ее содержится 20 мг; элемент этот не растворим в воде, предел растворимости при 25 °С равен 56 мкг/л, т.е. 56 ча стей на миллион.
Ртуть может находиться в двух наиболее распространенных формах Hg+ и Hg2+и одной менее распространенной - в виде ртутного иона Hgj+, кото рый быстро диспропорционирует на элементную и двухвалентную ртуть по
схеме: Hg^ Hg°+Hg2+
Ртуть токсична в любой форме. Глобальное ее выделение попутно с га зами из земной коры и океанов даже превышает количество, производимое
человеком, но промышленное выделение более локально и концентриро ванно.
Различные ртутные соли использовались раньше при производстве бу мажной массы, в качестве катализаторов пластмасс, как терапевтические средства (например, меркурбензоат для лечения сифилиса и гонореи). Ис пользование же ртутных реагентов в качестве инсектицидов и фунгицидов (например, гранозана мертиолята, тримерсала, меркурана) привело к силь ным отравлениям, затронувшим уже тысячи людей. Поэтому ртутное отра вление - всемирная проблема.
Хроническое отравление ртутью проявляется в нарушении нервной сис темы, сильной усталости, а при более сильном отравлении появляется ртутный тремор При вдыхании ртутные пары активно абсорбируются и аккумулируются в мозге, почках, яичках; ртуть преодолевает и плацентар ный барьер, острое отравление вызывает разрушение легких. Прием всего лишь 1 г ртутной соли смертелен. Хотя соли ртути аккумулируются в поч ках, они не способны, как элементная ртуть, быстро проходить кровяной или плацентарный барьер. Острое отравление при заглатывании ртути при
водит к осаждению белков из мукомембран желудочно-кишечного тракта, вызывая боль, рвоту и понос, в тяжелых случаях смерть. Персонаж сказки “Алиса в Стране чудес” Льюиса Кэрролла сумасшедший Хаттер—это жер тва профессионального заболевания, вызванного отравлением солями рту ти, используемыми при обработке меха.
Органические производные ртути, такие, как хлорид метилртути CH3 HgCI, высокотоксичны и опасны из-за их летучести. Микроорганизмы в загрязненной воде, содержащей ртуть, легко переводят неорганические со единения ртути в ион метиловой ртути CH3 Hg+. Эти ионы активно абсорби руются и попадают в кровь и мозг, вызывая кумулятивные и необратимые нарушения центральной нервной системы.. В человеческом организме пери од полупребывания ртути составляет от нескольких месяцев до нескольких лет, токсичный эффект может быть скрытым, а симптомы отравления мо гут проявиться лишь через несколько лет.
Конечно, ртутное отравление, и профессиональное, и бытовое, издавна известно человечеству. Массированный профессиональный контакт сейчас осуществляется главным образом при ингаляции ртутных паров в процессе получения хлора (электролиз из гидроксида натрия), а также и при произ водстве бытовых изделий (например, термометров), для которых необходи ма элементная ртуть. У населения главным источником ртутного отравле ния являются ионы метилртути, попадающие в пищу либо при использова нии муки из ртутьсодержащего зерна, либо из рыбных продуктов, если ры ба была отравлена ртутью из промышленных отходов. Именно из-за таких массовых отравлений, скорее всего, и сократилось использование ртути в последние годы.
Каков же собственно механизм воздействия ртути? При концентрации ртути в атмосфере 50 нг/м3 ее суточное проникновение в организм челове ка - около 1 мкг; оно может быть выше (30 мкг) при производственном кон такте с парами ртути. С питьевой водой в организм человека в сутки попа дает менее 0,4 мкг. Вне производственных условий основным источником поступления ртути в организм является пища. В организме пресноводных рыб из незагрязненных водоемов концентрация ртути находится в пределах 1 0 0 - 2 0 0 мкг/кг влажной ткани; большинство видов морской рыбы содержат ртуть в количестве 500-700 мкг/кг; другие пищевые продукты - менее 60 мкг/кг.
Суточное потребление ртути с пищевыми продуктами (кроме рыбы) со ставляет около 5 мкг, ее химическая форма в этих случаях, как правило, не известна. Около 80% вдыхаемых паров ртути задерживается в организме. Поглощение неорганических соединений ртути из пищи составляет только 7%. Ионы метиловой ртути, напротив, практически полностью всасывают ся в желудочно-кишечном тракте.
Ртуть выводится из организма преимущественно с мочой и калом. При одинаковых условиях воздействия обычно наблюдаются значительные ин дивидуальные количественные отклонения эскреции ртути почками. У лю дей, принимавших участие в эксперименте, выделение ртути с калом соста вляло примерно 80% общего выводимого количества, при этом содержание ртути в моче коррелировало с таковой в крови.
Ртуть, попадающая в организм беременной женщины, быстро проника ет Через плаценту. Концентрация ртути в плазме матери и новорожденного
близки в то время как ее содержание в эритроцитах плода на 30% выше; в грудном молоке содержание ртути составляет примерно 5% ее концентра ции в крови. Считается, что период полувыведения ртути из организма че
ловека около 70 дней.
Для того чтобы ртуть не стала главным токсикантом нового века, надо знать ее содержание в воздухе помещений. Для количественного определе ния содержания паров ртути в воздухе (локальных скоплений металличе ской ртути тоже) промышленностью выпускаются разнообразные анализа торы паров ртути. Действие приборов основано на поглощении парами рту ти излучения ртутной лампы с длиной волны 253,7 нм, пределы измерении
от 0 до 0,005 мг/м3 и от 0 до 0,25 мг/м3.
Таким образом необходимо систематически проводить демеркуризацию производственных и лабораторных помещений. Метод демеркуризации рас твором FeCl3 до сих пор считается одним из наиболее простых и надежных. В качестве поглотительных индиваторов-порошков также используют и ди оксид марганца, иодированный уголь, перманганат калия, нанесенный на сйликогель. Демеркуризация помещений, где работают с неорганической рту тью, включает три обязательные процедуры: механическую очистку поме щений от видимых загрязнителей, химическую обработку загрязненных по верхностей, влажную уборку с целью удаления продуктов реакции ртути с химическими реагентами. Через 5 дней после тщательной демеркуризации следует провести контрольный анализ воздуха.
С в и н е ц (РЬ)
Типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах ок ружающей среды: горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах.
Биологическая роль. Не изучена, канцероген. Содержание в человеческом организме: мышечная ткань, % - (0,23-3,3)-10-4; костная ткань, % - (3,6-30)Т(Н; кровь, мл/л - 0 ,2 1 ;
ежедневный прием с пищей, мг - 0,06-0,5; токсическая доза, мг - 1 ; летальная доза, г - 1 0 ;
содержание в организме человека массой 70 кг (в скелете), мг - 120.
^ Свинец - токсичный элемент, обладающий кумулятивными свойствами, действует на ферментативные системы и обмен веществ в живых клетках, накапливается в морских отложениях и в пресной воде.
Перенос и распространение свинца из мест стационарного хранения или подвижных источников происходит главным образом через атмосферный воздух, хотя большое количество свинца сбрасывается с отходами в почву и воду. Эти свинцовые загрязнения обычно локализуются в местах сброса. Свинец, который выбрасывается в атмосферный воздух в районах с высоко интенсивным движением транспорта, выпадает главным образом внутри этой городской зоны. Фракция, остающаяся взвешенной в воздухе (около 20%), широко рассеивается. Время пребывания во взвешенном состоянии этих частиц измеряется несколькими днями и зависит от выпадения осадков,
инец, попавший с пылью и осадками в почву, накапливается в ней, что
приводит к образованию биогеохимически неблагоприятных районов на значительных территориях.
Поступление в организм человека свинца неблагоприятно сказывается на состоянии здоровья населения. В ряде исследований было показано, что 5 % свинца, попавшего с воздухом в дыхательные пути человека, оседает в легких. В результате продолжительного воздействия при концентрации свинца в атмосферном воздухе 1 мкг/м уровень свинца может достигать 1 - 2 мкг на 1 0 0 мл крови.
В России производится примерно 50 тыс. т свинца. Основным источни ком загрязнения атмосферного воздуха свинцом в Российской Федерации является автотранспорт, использующий свинецсодержащий бензин. Выбро сы автотранспорта (около 4 тыс. т свинца в 1995 г.) в несколько раз больше, чем прямые промышленные выбросы.
Правительство Российской Федерации утвердило федеральную целевую программу “Топливо и энергия”, которая содержит подпрограмму “Реконст рукция и модернизация предприятий нефтеперерабатывающей промыш ленности”. Одной из задач этой подпрограммы является расширение произ водства не содержащих свинец бензинов - до 65% к 2000 г. (в 1995 г. - 46,9%, в 1992 г. - 26,8%). Однако выполнение этой программы идет со значитель ным отставанием.
Автомобильный транспорт загрязняет атмосферу не только свинцом, но и другими вредными веществами (оксиды азота, оксид углерода, озон). По этому необходимо разработать общую политику сокращения автомобиль ных выбросов, имея в виду, что использование современных технологий (ка талитические дожигатели) и альтернативных видов топлива будет способст вовать полному решению этой проблемы.
Существенными нестационарными источниками загрязнения окружа ющей среды являются, помимо автотранспорта, авиация, использующая свинецсодержащий бензин, и ракетно-космическая техника, выбрасываю щие в атмосферу примерно 400 т свинца, а также охота, в результате ко торой в водно-болотные угодья страны попадает до 1400 т свинцовой дро би ежегодно.
Основной вклад в свинцовое загрязнение окружающей среды стацио нарными источниками вносят предприятия цветной металлургии (660 т/год, илц около 87% регистрируемых свинцовых выбросов всех отраслей про мышленности). При этом из 39 основных предприятий цветной металлургии только пять несут ответственность за 90% всех выбросов отрасли, из них два предприятия на Урале (Среднеуральский медеплавильный завод - 291 т/год и Красноуральский медеплавильный комбинат - 170 т/год) - за 70%.
При сжигании топлива (уголь, нефть и газ) для общих энергетических потребностей в атмосферу выбрасывается примерно 400 т свинца в год. В Отличие от выбросов металлургической промышленности эти выбросы широко распределены по территории Российской Федерации.
Другими стационарными источниками выбросов свинца являются пред приятия стекольной (1 0 0 - 2 0 0 т/год), лакокрасочной и оборонной промыш ленности.
Стационарные источники ответственны за сброс более 50 т свинца в виДе различных соединений в водные объекты. При этом семь аккумуля
торных заводов сбрасывают ежегодно 35 т свинца через канализацион
ную систему.
Управление твердыми бытовыми отходами (обезвреживание или пере работка) остается важной проблемой природоохранной политики страны. По экспертным оценкам, на свалках, транспортных площадках и других ме стах по всей территории России в настоящее время находится до 1 млн т свинца в отработавших свой срок аккумуляторах. При существующем поло жении с их переработкой эта величина возрастает на 50-60 тыс. т ежегодно.
Особое внимание также следует обратить на необходимость выведения из использования сборной жестяной банки со свинецсодержащими припоя ми при производстве консервированных продуктов питания.
В настоящее время большая часть территории России испытывает на грузку от выпадений свинца, превышающую критическую для нормаль ного функционирования экосистем. В десятках городов отмечаются кон центрации свинца в воздухе и почве выше соответствующих ПДК. Наибо лее высокий уровень загрязнения воздуха свинцом, превышающий приня тую в России норму (0,3 мкг/м3), отмечался в 1994-1995 гг. в Комсомоль- ске-на-Амуре, Тобольске, Тюмени, Карабаше, Владимире, Владивостоке
(до 0,5 мкг/м3).
Водозаборные устройства в ряде городов находятся вблизи территорий с высоким содержанием свинца. Использование загрязненных территорий для выращивания сельскохозяйственной продукции приводит к поступле нию свинца в продукты питания.
Свинец и его соединения относятся к классу высокоопасных веществ, способных причинить ощутимый вред здоровью человека. Растет количест во данных о вреде хронического воздействия свинца на организм и прежде всего на детский. Свинец влияет на нервную систему, что приводит к сниже нию интеллекта, а также вызывает изменения физической активности, ко ординации, слуха. Свинец воздействует также на сердечно-сосудистую сис тему, приводя к заболеваниям сердца. Некоторые из этих заболеваний изле чимы, но некоторые сопровождаются необратимыми изменениями. Суще ствуют доказательства того, что воздействие свинца нарушает женскую и мужскую репродуктивную систему, что приводит к росту числа выкидышей и врожденных заболеваний. Высокие концентрации свинца в окружающей среде вызывают увеличение его содержания в организме человека и нару шение здоровья, что особенно четко наблюдается в зоне воздействия стаци онарных источников загрязнения.
Свинцовое отравление занимает первое место среди профессиональных интоксикаций. Основной путь поступления свинца в организм человека в Российской Федерации с продуктами питания, загрязненными свинцом (85% общего поступления).
Предотвращение негативного воздействия свинца на население должно стать одним из основополагающих принципов политики охраны окружаю щей среды Российской Федерации. Реализация этой политики осложняется тем, что свинцовое загрязнение не признает каких-либо границ. Свинец пе ремещается от промышленных предприятий на территории целых городов. Риск негативного воздействия на здоровье населения простирается от рабо чего, соприкасающегося непосредственно со свинцом в производственном процессе, до всего населения страны как через загрязнение окружающей