Последствия загрязнения водоемов

    Порог острой токсичности кадмия варьирует  в пределах от 0,09 до 105 мкг/л для пресноводных рыб. Увеличение жесткости воды повышает степень защиты организма от отравления кадмием. Известны случаи сильного отравления людей кадмием, попавшим в организм по трофическим цепям (болезнь итай-итай). Из организма кадмий выводится в течение длительного периода (около 30 лет).

    В водных системах кадмий связывается  с растворенными органическими  веществами, особенно если в их структуре  присутствует сульфгидрильные группы SH. Кадмий образует также комплексы  с аминокислотами, полисахаридами, гуминовыми кислотами. Как и в  случае со ртутью и другими тяжёлыми металлами адсорбция ионов кадмия донными осадками сильно зависит от кислотности среды. В нейтральных водных средах свободный ион кадмия практически нацело сорбируется частицами донных отложений [5].

    Свинец - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает 20-30 т.свинца в год [5].

    Можно выделить следующие основные последствия загрязнения водоемов тяжелыми металлами и их соединениями [7]:

1. Заражение морепродуктов токсичными соединениями;

Некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метилртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения.

2. Накопление, перемещение и перераспределение тяжелых металлов и их химических соединений оп звеньям цепи;

    Тяжелые металлы обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям. Многие из них имеют переменную валентность и участвуют в окислительно-восстановительных процессах. Тяжелые металлы и их соединения, как и другие химические соединения, способны перемещаться и перераспределяться в средах жизни, т.е. мигрировать. Миграция соединений тяжелых металлов происходит в значительной степени в виде органо-минеральной составляющей. Часть органических соединений, с которыми связываются металлы, представлена продуктами микробиологической деятельности.

    Тяжёлые металлы, к примеру, ртуть легко образуют соединения и комплексы с органическими веществами в растворах и в организме, хорошо усваиваются организмами из воды и передаются по пищевой цепи. По классу опасности ртуть относится к первому классу (чрезвычайно опасное химическое вещество). Микроорганизмы почвы могут давать устойчивые к ртути популяции, которые превращают металлическую ртуть в токсические для высших организмов вещества. Некоторые водоросли, грибы и бактерии способны аккумулировать ртуть в клетках.

3. Отравление людей тяжелыми металлами и их соединениями

    Тяжелые металлы, попадая в организм, остаются там навсегда, вывести их можно  только с помощью белков молока.

    Достигая  определенной концентрации в организме, они начинают свое губительное воздействие - вызывают отравления, мутации. Кроме того, что сами они отравляют организм человека, они еще и чисто механически засоряют его - ионы тяжелых металлов оседают на стенках тончайших систем организма и засоряют почечные каналы, каналы печени, таким образом, снижая фильтрационную способность этих органов. Соответственно, это приводит к накоплению токсинов и продуктов жизнедеятельности клеток нашего организма, т.е. самоотравление организма, т.к. именно печень отвечает за переработку ядовитых веществ, попадающих в наш организм, и продуктов жизнедеятельности организма, а почки - за их выведение из организма.

    Например, ртуть реагирует с SH-группами белковых молекул, среди которых – важнейшие для организма ферменты. Ртуть также реагирует с белковыми группами –СООН и NH₂ с образованием прочных комплексов – металлопротеидов. А циркулирующие в крови ионы ртути, попавшие туда из легких, также образуют соединения с белковыми молекулами. Нарушение нормальной работы белков-ферментов приводит к глубоким нарушениям в организме, и прежде всего – в центральной нервной системе, а также в почках [8].

    Метилированная ртуть очень медленно выводится из организма – месяцами у людей и годами у рыб. Поэтому концентрация ртути вдоль биологической цепочки непрерывно увеличивается, так что в рыбах-хищниках, которые питаются другими рыбами, ртути может оказаться в тысячи раз больше, чем в воде, из которой она выловлена. Именно этим объясняется так называемая «болезнь Минамата» – по названию приморского города в Японии, в котором за несколько лет от отравления ртутью умерло 50 человек и многие родившиеся дети имели врожденные уродства. Опасность оказалась так велика, что в некоторых водоемах пришлось приостановить лов рыбы – настолько она оказалась «нашпигованной» ртутью. Страдают от поедания отравленной рыбы не только люди, но и рыбы, тюлени.

4. Накопление тяжелых металлов в почве;

    Тяжелые металлы рек, сточных и подземных вод накапливаются в почве, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции - выдувании почв. Период полуудаления или удаления половины от начальной концентрации составляет продолжительное время: для цинка - от 70 до 510 лет, для кадмия - от 13 до 110 лет, для меди - от 310 до 1500 лет и для свинца - от 740 до 5900 лет. В гумусовой части почвы происходит первичная трансформация попавших в нее соединений [5].

    Основные  физико-химические и биологические  процессы при загрязнении водоемов тяжелыми металлами [7]:

1. Растворение тяжелых металлов в водоеме;
2. Сорбция и аккумулирование фитопланктоном, то есть растительными микроорганизмами;
3. Удерживание донными отложениями в результате седиментации взвешенных органических и минеральных частиц из водной среды;
4. Адсорбция на поверхности донных отложений непосредственно из водной среды в растворимой форме;
5. Адсорбция тяжелых металлов на частицах взвеси;
6. Связывание ионов металлов растворенными органическими веществами.

    Тяжёлые металлы проникают в живой  организм, в основном, через воду (исключением является ртуть, пары которой  очень опасны). Попав в организм, тяжёлые металлы чаще всего не подвергаются каким-либо существенным превращениям, как это происходит с органическими токсикантами, и, включившись в биохимический цикл, они крайне медленно покидают его.

    На  формы нахождения тяжёлых металлов в водах оказывают влияние  гидробионты (например, моллюски). Так, при изучении поведения меди в  поверхностных водах наблюдают  сезонные колебания ее концентрации: в зимний период они максимальны, а летом вследствие активного  роста биомассы снижаются. При осаждении  взвешенных органических частиц, которые  обладают способностью адсорбировать  ионы меди, последние переходят в  донные отложения, что и приводит к наблюдаемому эффекту. Следует  также отметить, что интенсивность  этого процесса зависит от скорости седиментации взвесей, то есть косвенно от таких факторов, как размеры  и заряд адсорбирующих ионы меди частиц [3].

    Кроме этого, ртуть легко адсорбируется  на взвешенных частицах вод. При этом фактор концентрирования достигает  порой 105, то есть на этих частицах сконцентрировано ртути в сто тысяч раз больше, чем находится в равновесии в водной среде. Десорбция ртути из донных отложений происходит медленно, поэтому повторное загрязнение поверхностных вод после того, как источник загрязнения установлен и ликвидирован, также имеет заторможенную кинетику.

    В настоящее время для контроля качества поверхностных вод созданы различные гидробиологические службы наблюдений. Они следят за состоянием загрязнения водных экосистем под влиянием антропогенного воздействия. Поскольку такая экосистема включает в себя как саму среду (воду), так и другие компоненты (донные отложения и живые организмы - гидробионты), сведения о распределении тяжелых металлов между отдельными компонентами экосистемы имеют весьма важное значение [4].  

3. Пестициды

 

     Мировое производство пестицидов достигает 200 тыс. т в год. Постоянное накопление в воде хлорорганических веществ представляет серьезную угрозу для жизни людей. Установлено, что существует определенное соотношение между уровнем загрязнения воды хлорорганическими веществами и их концентрациями в жировых тканых рыб и морских млекопитающих. Пестициды обнаружены в различных районах Балтийского, Северного, Ирландского морей, в Бискайском заливе, у западного побережья Англии, Исландии, Португалии, Испании и даже Антарктиды. Возможным источником появления этих веществ в Антарктиде может быть загрязнение океана в результате интенсивного применения их в США и Канаде. Вместе с океанической водой ядохимикаты достигают Антарктиды [2].

     В водоемы пестициды могут попадать следующими основными путями:

1. С дождевыми и талыми водами (поверхностный сток), смывающими пестициды с растений и почвы;

    Систематическое применение в больших объемах  пестицидов на обширных территориях, значительная часть которых является водосборной  площадью водоемов, приводит к тому, что сток талых и дождевых вод  становится источником загрязнения  открытых водоемов.

    При обработке сельскохозяйственных культур  значительная часть пестицидов не попадает на растения, а осаждается на почве. Оставшиеся на растениях пестициды  в дальнейшем смываются атмосферными осадками и также попадают на почву. В стоках талых вод с полей сахарной свеклы обнаруживались ДДТ и ГХЦГ до 0,01 мг/л каждого пестицида. Такие крупные водоемы, как Днепр, Днестр, Прут на отдельных участках загрязняются хлорорганическими пестицидами в результате смыва их дождевыми и талыми водами [8]. 

    

2. При авиа- и наземной обработке сельскохозяйственных угодий и лесов;

    Применение  пестицидов в сельском хозяйстве  может привести к загрязнению  водоемов в период обработки сельскохозяйственных угодий в результате осаждения препарата  на их поверхности.

    Степень опасности сноса пестицидов зависит  от способа применения и формы  препарата. При применении наземной обработки опасность загрязнения  водоемов меньшая, в то время как  при авиаобработках препарат может сноситься потоками воздуха на сотни метров и осаждаться на необработанной территории и поверхности водоемов [8].

3. При непосредственной обработке водоемов пестицидами;

 

 Пестициды вносятся в водоемы в целях борьбы с  личинками кровососущих насекомых (ларвициды), с "цветением" водоемов (альгициды), для уничтожения несортовой рыбы (ихтиоциды), при санитарной подготовке ложа будущих водохранилищ (арборициды).

    Применение  таких ларвицидов, как ДДТ и  гексахлоран на реках, прудах, болотах  и мелководьях приводит к длительному  загрязнению воды и ила пестицидами. Повторные обработки водоемов приводят к увеличению содержания пестицидов к концу летнего периода. Так, гексахлоран обнаруживался в воде прудов пригородов Киева в количестве 0,12 - 0,9 мг/л, балок Запорожской области - 0,15 - 0,8 мг/л. В иле ДДТ обнаружен через 10 месяцев после последней обработки.

    Изучение  возможности использования алдрина в качестве ларвицида в условиях Средней Азии показало, что пестицид накапливается в почве болот (0,05 - 0,2 мг/кг), в водных растениях - рогозе и других (0,07 - 0,2 мг/кг).

    К альгицидам относятся производные 2,4-дихлорфеноксиуксусной и 2,4,5-трихлорфеноксиуксусной кислот, производные мочевины, монурон диурон; симматразинов - атразин, симазин и др. При их применении возникает опасность поступления остаточных количеств указанных соединений с питьевой водой в организм человека и животных.

4. С дренажно-коллекторными водами, образующимися в сельскохозяйственном производстве при выращивании хлопка и риса;
5. Со сточными водами, образующимися в сельском хозяйстве в результате применения пестицидов, и стоками предприятий, производящих их.

 

 Технология применения пестицидов в сельском хозяйстве  обусловливает обязательное использование  воды для следующих операций [8]:

     а) приготовление рабочих растворов  препаратов;

     б) мытье аппаратуры, тары, спецодежды, транспорта и пр.;

     в) уборка территории и помещений складов, полевых аэродромов, площадок для  заправки рабочими растворами.