Тяжелые металлы в сточных водах Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

№4, 2005 г.

47

УДК 628.3.034.2

■ ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СТОЧНЫХ ВОДАХ

И.В. Мальков, А.В, Павловский

Павлодарский государственный университет ¡IÜ им. С. Торайгыроеа

Жумыставнеркэс'т цалдьщтарымен, aman айтцанда, ауырметаллмен ' ; агын судыц ластану мэсежЫ жене оныц адам денсаулыгына ъщпалы царастырылады.

¡g|¡ В работе рассматриваются проблемы загрязнения сточных вод

¡¡¡Щ промышленными отходами, а именно тяжелыми металлами, и влияние их !¡;¡| на здоровье людей.

!§§! The paper investigates the problems of sewage waters pollution by the

HI industrial wastes, namely heavy metals, and its impact on people's health.

На территории промышленных предприятий образуются сточные воды трех видов: бытовые, поверхностные и производственные.

Бытовые сточные воды предприятий образуются при его эксплуатации.

Поверхностные сточные воды образуются в результате смывания дождевой, талой и поливочной водой примесей, скапливающихся на территории, крышах и стенах производственных зданий. Основными примесями этих вод являются твердые частицы (песок, камень, стружки и опилки, пыль, сажа, оста-пси растений, деревьев и т. п.), нефтепродукты (масла, бензин и керосин), используемые в двигателях транспортных средств, а также органические и минеральные удобрения, используемые в заводских скверах и цветниках.

Производственные сточные воды образуются в результате использования воды в технологических процессах. Их количество, состав и концентрацию примесей определяют типом предприятия, его мощностью, видами используемых технологических процессов, Для обеспечения промышленных предприятий ежегодно забирается из естественных источников водоснабжения сотни млрд. мЗ воды, при этом 90% этого количества возвращается обратно в водоемы с различной степенью загрязнения.

Сточные воды, загрязненные промышленными и бытовыми отходами, очищают механическим, химическим, физико-химическим и биохимическим способами.

48

НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА

Механическая очистка, предназначенная для отделения нерастворимых веществ, осуществляется путем отстаивания, процеживания, фильтрования и центрифугирования сточных вод. Химическая и физико-химическая очистка применяется преимущественно для выделения из сточных коллоидных растворов и растворенных загрязнителей (тяжелые металлы). При химической очистке используют процессы коагулирования и нейтрализации, а физико-химическая очистка основана на процессах сорбции, флотации, электрохимического окисления. Биохимическая очистка применяется для сточных вод, уже очищенных от минеральных и нерастворенных органических веществ; в ней используется способность некоторых микроорганизмов потреблять и преобразовывать органические загрязнители, находящиеся в сточных водах в коллоидном или растворенном состоянии.

Наиболее опасны для водоемов загрязненные токсичные воды трудно или вообще не поддающиеся очистке предприятий химической и нефтехимической промышленности, несмотря на то, что объем их по сравнению с объемом сточных вод предприятий других видов промышленности невелик составляют около 3% от общего количества промышленных стоков. Сточные воды предприятий химической и нефтехимической промышленности характеризуются сложным и переменным составом, высокой токсичностью, преимущественным содержанием растворенных, а не взвешенных, загрязнений нередко определяют степень загрязнения водоемов и водостоков.

Особое место среди загрязнителей занимают тяжелые металлы, которые в воде не подвержены распаду, разложению, деградации. Они не исчезают из воды, а перераспределяются и накапливаются. На промышленных предприятиях требуется эффективные способы очистки сточных вод.

Основные неорганические (минеральные) загрязнители пресных и морских вод — соединения свинца, ртути, кадмия. В таблице приведены данные по антропогенному загрязнению Мирового океана некоторыми из этих веществ.

Вещество Загрязнение, т/год

сток с суши атмосферный перенос

Свинец (1-20)* 10я (2-20) ПО5

Ртуть (5-8)*103 (2-3)* 10э

Кадмий (1-20)* 103 (5-40) ПО2

Отходы, содержащие минеральные загрязнения, в основном, локализуются около берегов, лишь некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Особенно опасно загрязнение вод ртутью, В воде ртуть сразу превращается в метил-ртуть, попадает в рыбу, а та в свою очередь попадает на кухню к

№4, 2005 г.

49

людям. Через такую пищу как рыба, ртуть через клеточную мембрану проникает в человеческий организм. Например, беременная женщина после употребления зараженной рыбы и морепродуктов, фактически начинает травить ртутью и свой организм, и организм еще не родившегося ребенка. Вследствие чего ребенок мо-

родиться с церебральным параличом. В организме возникают глубокие нарушения функций центральной нервной системы, включая её высшие отделы. Употребление в пищу такой рыбы становиться причиной болезни Минамата.

В начале пятидесятых годов прошлого столетия люди, которые жили в рыбацких деревушках вдоль залива Минамата, в Японии, стали умирать от неизвестного заболевания.

Люди погибали в ужасных мучениях, у больных размягчались кости и полностью расстраивалась нервная система, а после смерти на их лицах застывала гримаса, похожая на улыбку. Поэтому болезнь назвали улыбка Минамата. И лишь некоторое время спустя было установлено, что таинственный недуг не что иное, как тяжелое отравление ртутью.

Выявлено, что изменение генетической активности хромосомного аппарата зависит от физико-химических свойств металла, его концентрации в среде, продолжительности воздействия. Известно, что ионы свинца, кадмия и ртути влияют на дифференциальную активность генов.

Перечень наиболее значимых экотоксикантов возглавляют соединения свинца, кадмия и ртути, которые относятся к группе тяжелых металлов, токсичных во всех своих водно-щелочных, кислогнорастворимых соединения. Токсичность вещества определяется прежде всего его физико-химическими свойствами, а также эффективностью гомеостатических механизмов регуляции обменных процессов.

Наряду с блокированием активных центров, отравление ионами тяжелых металлов приводит к осаждению комплекса металла с белком. Мягкие кислоты, ионы ртути и кадмия, а также частично ионы свинца, прочно связываясь с сернистыми группами, отнимают у организма серосодержащие белки. Например, свинец всасывается и транспортируется кровью в виде комплексов с белками эритроцитов свыше 90% свинца иногда заменяет кальций или образуя прочные связи с фосфорами, фиксируется в косгях а также во внутренних органах.. Дефицит кальция, фосфора, железа, меди, магния приводит к увеличению всасывания в кровь свинца.

Металлоиротеидный комплекс свинца в ¡тетках печени содержит аспарагино-вую кислоту и глютаминовую. В клетках эпителия почек обнаружен устойчивый свинцовобелковый комплекс, включающий ряд аминокислот глицин, аспарагин.

При кадмий интоксикации наблюдается снижение функционирования почек, печени, повышение артериального давления. Пары ртути поражают в основном нервную систему. Наличие кадмия в тканях вызывает симптомы, связанные с

50

НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА

дефицитом меди, цинка, железа. Хроническая интоксикация кадмием нарушает минерализацию костей и увеличивает концентрацию кальция в печени. Кадмий блокирует синтез метаболитов витамина Р.

В общем виде взаимодействие токсичных ионов металлов с биологически активными молекулами связано со следующими процессами:

- заменой необходимых ионов, токсичными в функциональных группах ферментов.

- связыванием часта макромолекул, необходимой для нормальной жизнедеятельности организма.

- сшиванием молекул с образованием биологических агрегатов, вредных для

организма

- деполимеризация биологически важных макромолекул,

- неправильным спариванием оснований нуклеотидов и ошибками в белковых синтезах.

В ответной реакции организма на действие токсичных веществ основное место занимают механизмы детоксикации. Многие металлы переходят в менее вредные формы следующими путями: образованием нерастворимых комплексов в желудочно-кишечном тракте, транспортом металла в ткани, где он может иммобилизован, превращен леченью и почками в менее токсичную форму и выведением ее из организма. Основная роль в этом случае принадлежит металлогионеиннам, низко молекулярным белкам с ЗН- группировками, имеющие высокое сродство к бивалентным ионам,