Поведение и миграция загрязняющих веществ в водной среде

Антропогенные загрязняющие вещества - токсиканты включаются в миграционные процессы и оказывают сильное негативное влияние на биотическую составляющую природной среды. Их интенсивное поступление влечет за собой исчезновение популяций и даже целых видов, что обычно оказывается первым этапом глубокой перестройки и последующей необратимой деградации экосистем. В условиях активной антропогенной деятельности загрязнение природных вод тяжелыми металлами стало особой проблемой. В отличие от органических соединений тяжелые металлы, попав в среду обитания, не разлагаются, а перераспределяются между различными компонентами водных систем и существуют в разных формах и различных степенях окисления, а, следовательно, и токсичности. Химическая и биологическая активность металлов зависит от их валентного состояния, концентрации, температурных режимов водоемов, наличия сопутствующих компонентов и подчиняется законам кинетики (см. раздел. 2.1.).

В эту группу «тяжелых металлов» кроме свинца, ртути и кадмия сейчас включают и другие металлы: никель, кобальт, ванадий, медь, железо, цинк, сурьма, а также металлоиды мышьяк и селен, которые токсичны во всех своих формах, в щелочных, кислых и нейтральных растворах. Большинство тяжелых металлов относятся к группе неконсервативных элементов, их содержание в воде зависит от температуры, солености, сезона и др. факторов. Концентрации консервативных компонентов (калий, натрий, кальций), как правило, мало зависят от посторонних факторов и остаются практически постоянными.

Химические реакции в гидросфере. Опасны не только первичные загрязнения поверхностных вод, но и вторичные, образовавшиеся в результате химических реакций в водной среде. Наиболее важными химическими процессами, протекающими в водной среде с металлами являются: окисление, восстановление, гидролиз и комплексообразование.

Окисление. В окислении и восстановлении лидирующая роль в водных экосистемах принадлежит энзиматическим реакциям, протекающим в клетках водных микроорганизмов (микробиозонтоса). В условиях достаточного содержания кислорода в воде металлы окисляются до максимальной степени окисления:

Образующиеся гидроксиды металлов, как правило, плохо растворимы в воде и могут выпадать в осадок, снижая, таким образом, токсичность и загрязненность воды.

В отсутствии кислорода протекают биохимические процессы, которые снижают окислительный потенциал системы и протекает обратная реакция, в результате чего резко возрастает токсичность вод.

Гидролиз. Растворение солей металлов чаще всего сопровождается гидролизом. Это химическое взаимодействие ионов соли с ионами водорода или гидроксилами воды, что приводит к сдвигу химического равновесия- изменению концентрации ионов. Например, растворимость ионов свинца и ионов серы из сульфида свинца составляет 2,9* 10’14 моль/л. В результате гидролиза:

концентрация в воде ионов S2’ уменьшается до 10'18, а концентрация ионов РЬ2+ при этом увеличивается до Ю'10 моль /л, что и приводит к увеличению токсичности воды.

Комплексообразование. Гидролитические процессы приводят к образованию моно- и полиядерных гидроксокомплексов типа [Ме(ОН)]+, [Ме(ОН)2], [Ме2ОН)]3+, [Ме2(ОН6]2'. Лигандами в комплексах могут быть не только анионы гидроксила, но и молекулы воды [Ме(Н20)б]2+ или другие доступные в данной среде анионы [Ме(НС03)+, [Ме(С03)],

[Me(H20)sCl]+. Интенсивность этих процессов связывания ионов металлов зависит от общей концентрации атомов металлов в воде, pH среды и конкурирующих процессов. Этот процесс в большинстве случаев приводит к увеличению растворимости металлов.

В качестве комплексообразователей могут выступать растворенные в воде органические соединения - гуминовые и фульвокислоты, аминокислоты и белковоподобные вещества и углеводы. В природных поверхностных водах высокой цветности в качестве основных миграционных форм выступают комплексы с гумусовыми компонентами. Образование таких комплексов влияет на окислительно-восстановительный потенциал водной системы и приводит к изменениям растворимости металла и доступности его для биологических организмов. Ионы металлов могут быть включены в состав неорганических полифункциональных сорбентов - взвесей и коллоидов. В водах с pH > 7 и богатых железом или марганцем ионы тяжелых металлов активно сорбируются коллоидными гидроксилами Fe(OH)3 у-МпО(ОН).

В результате ряда химических и микробиологических процессов ртуть, свинец, олово, сурьма, мышьяк, селен в водных экосистемах подвергаются полному или частичному метилированию. В частности, двухвалентные ионы ртути превращаются в ионы метилртути CH3Hg и в гидрофобную и летучую диметилртуть (CH3)2Hg. Из-за способности легко преодолевать различные физиологические барьеры (плацентарный, гематоэнцефалический и другие гистогематические барьеры), эти формы ртути наиболее опасны для животных.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >