Миграция ртути

активный фактор быстрой переработки органических отходов в биогумус. За сутки червь пропускает через себя количество почвы (отходов), равное его массе. Таким образом, при плотности популяции 5000000 особей на 1 га за сутки она пропускает через себя 0,25 т земли (отходов). При активной деятельности в году около 200 дней общее количество перерабатываемой массы составит от 400 до 600 т/га. При переработке массы почвы черви не только интенсифицируют процессы разложения органики, но и избирательно влияют на микрофлору. Выделяемые ими антибиотики отрицательно влияют на патогенную микрофлору. Такую биологическую активность и производительность червей трудно переоценить.

3. Захоронение ТБО

Наибольшее распространение в России получил метод захоронения ТБО. Причем этот метод подразделяется на два типа: организованное и неорганизованное. Количество неорганизованных мест захоронения ТБО (свалок) растет с каждым годом. Свалки бытовых отходов занимают большие участки земли, необходимой человеку для производства сельскохозяйственной продукции. В результате сложных биохимических реакций, происходящих в отходах, в атмосферу выделяется так называемый мусорный газ (биогаз), компонентами которого являются: СН4, СО2, СО, H2S и другие вещества. В связи с наличием в составе мусорного газа значительного содержания метана возможно возникновение взрывов и пожаров на территории свалок ТБО.

Особую опасность свалки ТБО представляют для подземных и наземных вод Наиболее опасным считается фильтрат, формирующийся в теле полигона при взаимодействии отходов с атмосферными осадками. В составе фильтрата могут присутствовать высокотоксичные вещества (соединения тяжелых металлов, фенолы и др.), способные привести к негативным последствиям при попадании их в поверхностные или подземные воды. Необходимо особо отметить тот факт, что на пути фильтрата со свалок находятся только естественные породы, которые обладают различными коэффициентами фильтрации. Если учесть, что свалки ТБО обычно устраиваются в пониженных формах рельефа (овраги и т.п.), вероятность загрязнения грунтовых вод значительно увеличивается. Технология захоронения на полигонах заключается в послойном уплотнении отходов, размещаемых на ограниченной площади – рабочей карте, изоляции уплотненной их массы слоем грунта или инертного материала.

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

    Рис. 2.1. Геохимическая классификация А.И. Перельмана по особенностям 
миграции химических элементов в зоне гипергенеза.

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

4. Виды миграции

     Виды миграции (или формы движения материи) – выделяются в соответствии с различными уровнями организации вещества. Выделяются механическая, физико-химическая, биогенная и техногенная миграция.

1. Механическая: перенос без преобразования вещественного состава. Определяется размерами минеральных частиц, их плотностью, скоростью движения среды, являющейся агентом переноса (водного потока, ветра и т.д.).
2. Физико-химическая: подчиняется физическим и химическим законам. Процессы диффузии, растворения, осаждения, плавления, кристаллизации, сорбции, десорбции и т.д. Подвиды – ионная миграция (в растворах), коллоидная, газовая и др.
3. Биогенная: определяется деятельностью организмов. Взаимодействие между живым веществом и инертной материей Земли происходит в форме массообмена химических элементов между живыми организмами и окружающей средой. Именно процессы массобмена элементов объективно характеризуют геохимическую деятельность организмов. Подобные закономерные процессы миграции химических элементов, осуществляемые не под воздействием геологических факторов, а в результате жизнедеятельности организмов были названы В.И. Вернадским биогеохимическими.
4. Техногенная: связана с деятельностью человека. Освоение сырьевых ресурсов, хозяйственное использование сырья, значительные по масштабам перемещения вещества, создание веществ, не существующих в природе.

     В процессе миграции происходит распределение химических элементов между природными телами. Интенсивность миграции определяется скоростью обмена, перераспределения химических элементов между компонентами природной среды. Она зависит от физических, физико-химических и биологических свойств природных систем.

2.5.  Моделирование процессов миграции

 тяжелых металлов

     Загрязняющими биосферу веществами могут быть соединения практически всех элементов периодической системы Д.И. Менделеева.

     При изучении загрязнения минеральными веществами обычно исследуют отдельные химические элементы, а не их соединения. При этом в отношении микроэлементов с начала 60-х годов ХХ в. очень широко используется термин «тяжелые металлы», или «токсичные металлы», в англоязычной литературе эти металлы называются также «следовыми» (trace metals). Для них характерны высокая токсичность, мутагенный и канцерогенный эффекты.

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

     К тяжелым металлам относятся химические элементы с плотностью более 6 г/см3 . Таких элементов более 40. Основные из них: ртуть, свинец, кадмий, кобальт. Они поступают в атмосферу в виде аэрозолей при сжигании топлива, при  производстве металлов, обжиге цементного сырья и др. Из атмосферы тяжелые металлы мигрируют в гидросферу, а из нее - в литосферу. Установлено, что процесс накопления тяжелых металлов в почве идет быстрее, чем их выведение.     

     Ежегодно в воздушный бассейн в виде галогенидов попадает около 2-106 т свинца, а ежегодный прирост содержания ртути в окружающей среде промышленно развитых стран составляет 5%. Металлическая ртуть и свинец, а также их металлорганические соединения очень токсичны. Ртуть поступает в атмосферу при извержении вулканов и с выбросами химической, электронной и приборостроительной промышленности. Особенно токсичны и опасны для человека галогенсодержащие металлорганические соединения ртути, которые образуются из металлической ртути и ее неорганических солей под действием микроорганизмов.

     Ртуть – единственный металл, который находится в обычных условиях в виде жидкости и интенсивно выделяет пары. Из неорганических соединений ртути наиболее опасны металлическая ртуть, выделяемые пары и хорошо растворимые соли ртути. Соединения двухвалентной ртути токсичнее, чем одновалентные.

Ртуть давно известна как яд. Ни один известный биоцид не изучен так хорошо, как ртуть, в отношении своей циркуляции в пищевых цепях и зависящей от нее опасности для человека и животных. Первоначально ртуть попадает в океан в виде иона Нg2+,  затем она быстро взаимодействует c  органическими веществами и c  помощью анаэробных организмов переходит в сильно токсичные формы: метилртуть (СН3Нg)+и диметилртуть (СН3)2Hg.

    Диметилртуть стабильна при высоких рН,  но превращается в  (СН3Нg)+ при    низких значениях рН. Такие условия могут возникать в придонных илистых слоях рек или озер. Так как метилртуть растворима,  она быстро внедряется в организмы,  живущие в водной среде,  и,  в конце концов,  попадает в организм человека,  как высшего звена пищевой цепочки.

Каким бы путем ртуть ни попадала в воду, микроорганизмы метилируют ее, и   при этом всегда образуется метилртуть (рис. 2.2).

C6H5Hg+ →CH3Hg+

 ↓               ↑ ↓    ↑ ↓

    ←

 Hg → Hg2+ →(CH3)2Hg

Рис. 2.2.- Упрощенная схема превращений ртути в воде (По: В. Эйхлер, 1986)

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

     Как показывают имеющиеся данные, в настоящее время наиболее опасные и критические ситуации, связанные с загрязнением ртутью, проявляются в связи с ее поступлением в водные экосистемы.

     Ртуть при обычной температуре находится в жидком состоянии

(Тпл = – 390С). Основным источником ртутных загрязнений в быту являются разбитые ртутные термометры и манометры, а также лампы дневного света. В промышленности ртуть используется в электротехническом и электрометаллургическом производствах,  отходы которых создают серьезную экологическую проблему, так как ртуть и ее соединения сильно ядовиты.

     Из солей ртути хорошо известны каломель Hg2Cl2 и сулема HgCl2. Наряду с такими солями как сульфаты, хлориды, нитраты Hg (II) образует металлоорганические соединения типа R-HgX и R2-Hg. С точки зрения токсикологии, наиболее важными являются метилртутные соединения, так как они могут образовываться в организме за счет метилирования биосубстратами присутствующих соединений ртути.

     Соединения ртути (I)  в присутствии веществ,  содержащих тиольные группы, подвергаются окислительно-восстановительной дисмутации:

                          2RSH + Hg22+  →  (RS)2Hg + Hg + 2H+.                                   (2.2)  

     Соединения ртути (II) образуют устойчивые комплексы с биологически важными молекулами. Это приводит к денатурации белков и ингибированию

ферментов:

   SH                                  S

∕                                   ∕        \

Prot              +Hg2+ → Prot                    Hg+2H+.

\                                 \        ∕

SH                                S

    Защитным действием против отравления ртутью обладают хелатирующие препараты, содержащие тиольные группы – унитиол, сукцимер, а также тиосульфат натрия.

     Для качественного  определения иона ртути используется  раствор иодида

калия KJ.  При недостатке KJ  в присутствии Hg 2+образуется характерный

красный осадок,  который в избатке KJ  растворяется вследствие комплексообразования:

                                       Hg(NO3)2+2KJ→HgJ2+2KNO3                                                         (2.4)

                       красный

HgJ2 + 2KJ  →  K2[HgJ4].

     Для ликвидации загрязнения помещений металлической ртутью необходима их обработка или раствором FeCl3 или элементарной серой:

                               2Hg + 2FeCl3  →  2FeCl2 + Hg2Cl2;                                   (2.5)

Hg + S  → HgS↓.

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

     Пролитую ртуть можно засыпать мелким порошком цинка или меди и иодосодержащим углем.

Свинец, оксиды свинца PbO и PbO2 и тетраэтилсвинца Pb(C2H5)4

     Человечество  уже более 2 тыс. лет знакомо с  опасностью, которую несет использование  этого металла и свинцовых  изделий.

     Загрязнение  среды свинцом обусловлено в  основном четырьмя видами хозяйственной  деятельности:

1. сжиганием жидкого и твердого топлива, сопровождающимся выбросами в атмосферу;

2.  свинцовоплавильным производством, с которым тоже связаны выбросы свинца в атмосферу;

3. сбрасыванием сточных вод, в которых свинец обычно содержится в повышенных количествах;

4. внесением в почву химикатов.

     Настоящим бичом современности является загрязнение атмосферы автомобильными выхлопами. Добавки к топливу тетраэтилсвинца или тетраметилсвинца увеличивают октановое число и действуют в качестве антидетонатора. После сгорания топлива в газах содержатся хлорбромиды свинца в виде макрочастиц.  Тетраэтилсвинец получают при взаимодействии хлористого этила C2H5Cl и сплава свинца с натрием PbNa (около 10 % Na) (рис. 2.3).   

         Рис.2.3.- Тетраэтилсвинец.

     Для обнаружения  тетраэтилсвинца в бензинах –  растворителях его кипятят с  раствором иода. Тетраэтилсвинец разлагается и образуется осадок PbJ2. Осадок растворяют ацетатным раствором, затем раствор выпаривают досуха. Сухой остаток растворяют в капле дистиллированной воды.  Полученный раствор наносят на фильтровальную бумагу,  в центр капли наносят каплю раствора родизоново-кислого натрия.  Если в бензине есть Pb(C2H5)4,  то по краю растекшейся капли появляется темно-бурое кольцо. Для количественного определения тетраэтилсвинца используется молибдатный метод. Свинец определяется по массе выделившегося осадка.

       Чтобы  не загрязнять атмосферу свинцом, необходимо отказаться от добавок  его соединений в бензин.

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

      Сущность метода определения содержания свинца в воде заключается в том,  что при введении в водный раствор, содержащий свинец, сульфид-иона-S2 образуется бурая коллоидная взвесь сульфида свинца PbS, которую колориметрируют с синим светофильтром. 

     Хотя имеются и промышленные источники выброса свинца, которые повышают его содержание в пыли и воде, загрязнение свинцом атмосферы города происходит в основном от выхлопных газов автомобилей. Менее 10% находящегося в воздухе свинца относят за счет других источников.

     Свинец, его оксиды и другие соединения находятся в атмосфере в виде аэрозолей. Для их обнаружения пробу воздуха пропускают через раствор

азотной кислоты. Протекают реакции:

               Pb, PbO, Pb 2 + HNO3  ↔ Pb(NH3)2 + NO + H2O + PbO2↓                (2.6)

     Осадок PbO2 обрабатывают пероксидом водорода H2O2 в кислой среде:

                 PbO2 + H2O2 + 2HNO3  →  Pb(NO3)2  + O2 + 2H2O                         (2.7)

      Из полученного раствора свинец осаждают в виде желтого осадка хромата свинца:

                           Pb(NO3)2  + K2CrO 4  →  PbCrO4↓ + 2KNO3                                         (2.8)

     Pb, Cd, Hg отрицательно влияют здоровье людей, на реакцию глазной сетчатки, вызывают ухудшение сумеречного зрения.

     Серьезную опасность  представляет загрязнение воздуха  кадмием. Основными источниками  служат предприятия черной металлургии, сжигание угля (38%), сжигание нефти (12%). Антропогенный выброс Cd составляет 7 тыс. т/год. В дождевой воде содержится 50 мкг/л. Ежедневно с пищей и воздухом в организм взрослого человека поступает около 50 мкг Cd, однако задерживается только 2 мкг/сут. Хроническое воздействие Cd может привести к заболеваниям нервной системы и костных тканей, нарушению ферментного обмена, нарушение работы почек.

     Определение содержания тяжелых металлов Cu, Zn, Pb, Cd, Al, Fe, Ti, As

и других в донных отложениях и грунтах основано на экстрагировании их из

проб донных отложений и грунтов соляной кислотой при кипячении.

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата