Промышленной токсикологии

• Название: Промышленной токсикологии
• Дата: 26.02.2023
• Размер: 2.49 Mb.
• Имя файла: Nabivach_V_M_Osnovy_ekologicheskogo_normirovania_i_promyshlennoy.doc
• Тип: Учебное пособие; #955396
• страница: 12 из 27

Растворенный кислород. На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов.

Обогащение воды кислородом происходит за счет абсорбции кислорода из атмосферы, выделения кислорода в процессе фотосинтеза и при поступлении в водоемы дождевых и снеговых вод, которые обычно пересыщены кислородом.

Уменьшение содержания кислорода в воде связано с реакциями его потребления на окисление органических и неорганических веществ.

Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и веществ, подвергающихся окислению. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих веществ и в эвтрофированных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ.

Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/л. Понижение его до 2 мг/л вызывает массовую гибель (замор) рыбы. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования содержание растворенного кислорода в пробе, отобранной до 12 часов дня, не должно быть ниже 4 мг/л в любой период года.
Биохимическое потребление кислорода (БПК). Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ происходит с разной скоростью. К легкоокисляющимся („биологически мягким”) веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, анионоактивные ПАВ. Медленно разрушаются „биологически жесткие” вещества: гидрохинон, сульфанол, неионогенные ПАВ и др.

Показателем загрязнения водоемов является величина БПК, которая представляет количество кислорода (мг/л), израсходованное в определенный промежуток времени на собственно биохимическое окисление нестойких органических соединений (за исключением процессов нитрификации). БПК может быть определено за 2, 5, 8, 10, 20 суток и БПК полное (БПК_п). По величине БПК можно судить о количестве органических веществ, содержащихся в воде.

В лабораторных условиях наряду с БПК_п определяется БПК₅. В поверхностных водах величины БПК₅ изменяются обычно в пределах 0,5…4 мг О₂/л и подвержены сезонным и суточным колебаниям. Весьма значительны изменения величин БПК₅ в зависимости от степени загрязненности водоемов. Так, для очень чистых водоемов БПК₅ составляет 0,5…1,0 мг О₂/л, а для очень грязных – 10 мг О₂/л и более. Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами, БПК₅ составляет обычно около 70% БПК_п. Для водоемов питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения величина БПК₅ не должна превышать 2 мг О₂/л.

Полным биохимическим потреблением кислорода (БПК_п) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расходуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается. Для бытовых сточных вод (без существенной примеси производственных) определяют БПК₂₀ ,считая, что эта величина близка к БПК_п.
Окисляемость и величина ХПК. Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: бихроматная, перманганатная, йодатная.

Бихроматная окисляемость (ХПК) – это количество кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1л воды ( мг О₂/л ).

Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными (десятые и сотые доли мг на 1л). Горные реки и озера имеют окисляемость 2…3 мг О₂/л, равнинные реки – 5…12 мг О₂/л.

Окисляемость подвержена закономерным сезонным колебаниям. Их характер определяется, с одной стороны, гидрологическим режимом и зависящим от него поступлением органических веществ с водосбора, с другой – гидробиологическим режимом.

В водоемах, подверженных сильному воздействию хозяйственной деятельности человека, изменение окисляемости выступает как характеристика, отражающая режим поступления сточных вод. Для природных малозагрязненных вод рекомендуется определять перманганатную окисляемость; в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водных объектов в контрольных створах и местах питьевого и хозяйственно – бытового водоснабжения величина ХПК не должна превышать 15 мг О₂/л; в зонах рекреации в водных объектах допускается величина ХПК до 30 мг О₂/л. Перманганатгая окисляемость питьевой воды не должна превышать 5 мг О₂/л.

По соотношению БПК_полн/ХПК судят об эффективности биохимического окисления веществ. Чем глубже происходит окисление данной примеси, тем выше показатель БПК_п/ХПК. При отношении БПК_п/ХПК=0,5 и более вещества поддаются биохимическому окислению.

Биохимический показатель является параметром, необходимым для расчета и эксплуатации промышленных сооружений для очистки сточных вод. Его значение колеблется в широких пределах для различных групп сточных вод. Промышленные сточные воды имеют низкий биохимический показатель (0,05…0,3), бытовые сточные воды – свыше 0,5.
5.2.1. Качество воды и примеси химических соединений
Одним из наиболее важных показателей для воды является содержание различных примесей в виде неорганических и органических соединений. Количество таких нормируемых загрязнителей постоянно растет. Так, в 1944г. в СССР нормировалось содержание в воде 13 соединений, в 1960 – 70, 1967 – 180, 1973 – 250, 1980 – 500, 1985 –2500. Рассматривая примеси питьевой воды, способные оказывать влияние на здоровье человека, основной упор приходится сделать на вещества, попадающие в воду в связи с хозяйственной деятельностью – антропогенные загрязнения. Правда, некоторые из них, прежде всего металлы, могут попадать в воду как в связи с природными процессами, так и с антропогенными воздействиями на окружающую среду.

Так, например железо может содержаться в воде водоисточника, но попадать в питьевую воду оно может и как продукт коррозии металлических трубопроводов; алюминий может также содержаться в воде водоисточника (как один из наиболее распространенных металлов земной коры!), однако он может оказаться в воде в связи с применением его соединений для коагуляции воды на насосно-фильтровальных станциях (при очистке воды).

Отечественная санитарная токсикология рассматривает, как правило, вредоносное действие металлов, концентрация которых превышает нормы ПДК (применительно к фтору рассматривается и недопустимость малых его концентраций!). Обычно токсический эффект действия металлов, содержащихся в воде, развивается постепенно, поскольку и повышенные концентрации этих веществ в воде сравнительно малы, чтобы вызвать острое отравление. Например, бытует мнение, что применение в древнем Риме свинцовых водопроводных труб и, следовательно, использование питьевой воды с повышенной концентрацией свинца привело к массовым хроническим интоксикациям и повлияло на судьбу целой цивилизации. Во всяком случае, в тканях останков древних римлян установлено повышенное содержание свинца.

Сейчас мы знаем, что накопление свинца в организме вызывает заболевания нервной и кровеносной систем организма, а также способствует развитию раковых заболеваний, обладает слабым мутагенным эффектом.

Установлено, что другие металлы и элементы также вызывают различные заболевания. Так, повышенные концентрации кадмия и хрома в питьевой воде могут вызвать заболевания почек; меди – желудочно-кишечного тракта; ртути – центральной нервной системы, выделительной и кровеносной систем; цинка – двигательного аппарата (мышц), расстройство деятельности желудка; мышьяка – заболевания почек, печени, легких, сердечно-сосудистой системы; селена – кишечника, печени, почек, появление кровотечений; бериллия – органов кроветворения, нервной системы.

Эти данные явились основанием для разработки специальных мер по ограничению возможности попадания в воду соответствующих металлов.

Кроме того, стандартом нормируется содержание химических веществ, влияющих на органолептические свойства воды. К этой группе показателей качества питьевой воды отнесены: железо – 0,3 мг/л; марганец – 0,1 мг/л; медь – 1,0 мг/л; цинк – 5 мг/л; полифосфаты – 3,5 мг/л.

Химические примеси раньше всего обнаруживают наши органы чувств – зрение, обоняние. Так, микрочастицы меди придают воде мутность, железа – красноту. Железо, содержащееся в воде, не угрожает нашему здоровью, но придает ей неприятный вкус; кроме того, при стирке на тканях остаются ржавые пятна. Такие же пятна появляются на посуде, раковинах и ваннах.

Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. Весьма значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.

Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме.

В чистых поверхностных природных водах концентрация железа составляет около 0,01 мг/л, в отдельных регионах она достигает 25 мг/л. В промышленных сточных водах содержание железа составляет 2…7 г/л.

Механизм вредного воздействия железа на рыб заключается в том, что гидроксид железа Fe(OH)₃ осаждается на слизистой оболочке жабр, закупоривает и разъедает их. Железо губительно действует на микрофлору очистных сооружений сточных вод, задерживает образование активного ила и сбраживание осадка в метантенках

Содержание железа в воде выше 1…2 мг/л значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус и делая малопригодной для использования в технических целях. ПДК железа составляет 0,3 мг/л.

В подземных водах присутствие меди обусловлено взаимодействием воды с медьсодержащими минералами (халькопирит, малахит, азурит, ковеллин и др). Основным источником поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышленности, шахтные воды. Существенное загрязнение природной среды медью происходит вследствие применения в растениеводстве хорошо растворимых солей меди. Медь может появляться в результате коррозии медных трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения.

В чистых природных водах содержание меди не превышает 0,001…0,01 мг/л, повышение её концентрации до 0,2 мг/л и более вызывает гибель отдельных видов рыб (окунь, лосось и др.). Дафнии погибают при содержании меди 1 мг/л и более. Ингибирование роста водных растений наблюдается при концентрации меди порядка 0,1 мг/л. Загрязнение хозяйственно-бытовых сточных вод соединениями меди более чем 1 мг/л тормозит их биологическую очистку на очистных сооружениях.

Медь играет важную роль в метаболизме железа. Токсичность её объясняется нарушением транспорта железа и образования гемоглобина.

ПДК меди в воде – 1 мг/л, в рыбохозяйственных водоемах – 0,001 мг/л.

Цинк попадает в природные воды в результате протекающих в природе процессов разрушения и растворения горных пород и минералов (сфалерит, цинкит, госларит), а также со сточными водами рудообогатительных фабрик и гальванических цехов, производств минеральных красок и пергаментной бумаги.

Концентрация цинка в природных водах составляет 1…10 мг/л. В загрязненных природных водах содержание цинка достигает 100…160 мг/л. Его концентрация 0,4 мг/л вызывает гибель колюшки и дафний, лососевые виды рыб погибают при содержании цинка 0,05 мг/л.

Избыток цинка вызывает у животных снижение содержания в печени меди. Многие соединения цинка токсичны, прежде всего, сульфат и хлорид. В водной среде токсичность цинка усиливают ионы меди и никеля. Хронические отравления цинком не известны. При концентрации цинка 30 мг/л вода приобретает молочный вид, при 10 мг/л – она мутная. Металлический привкус исчезает при 5 мг/л. Эта концентрация и принята в качестве ПДК. В рыбохозяйственных водоемах ПДК иона цинка составляет – 0,01 мг/л.

В поверхностные воды марганец поступает в результате выщелачивания железомарганцевых руд и других минералов, содержащих марганец (пиролюзит, браунит, манганит и др.). Значительные количества марганца образуются в процессе разложения водных животных и растительных остатков, особенно сине-зеленых, диатомовых водорослей и высших водных растений. Соединения марганца выносятся в водоемы со сточными водами марганцевых обогатительных фабрик, металлургических заводов, предприятий химической промышленности и с шахтными водами.

В незагрязненных природных водах концентрация марганца колеблется в пределах 1…150 мкг/л. Для водных организмов марганец относительно мало токсичен: ЛК₅₀ (см.раздел 8.1) для дафнии 50 мг/л, для форели 100 мг/л, карпа 650 мг/л.

В природных водах марганец (Mn⁺²) содержится в виде бикарбонатов и сульфатов. Катион Mn⁺⁷ в природных водах не встречается. Вместе с тем, перманганат калия применяют в практике водоснабжения как реагент: он хорошо устраняет посторонние привкусы и запахи, обусловленные различными органическими соединениями, а также снижает содержание железа. Перманганат калия используют в качестве альгицидного средства, обеспечивающего гибель водорослей, которые забивают фильтры или вызывают появление запахов и привкусов в воде. Помимо дезодорирующего и альгицидного действия, перманганат калия проявляет и бактерицидный эффект.

В технологических процессах Mn⁺⁷ переходит в 2-х и 4-х – валентные формы: Mn⁺⁴ практически нерастворим в воде и задерживается на фильтрационных установках, остаточные количества ионов Mn⁺² могут обнаруживаться в питьевой воде.

Изучение влияния 7-ми валентного иона марганца на органолептические свойства воды вскрыло ведущий признак в этом отношении – изменение окраски воды. По этому признаку пороговой, определенной в столбе воды высотой 20см, является концентрация перманганата калия 0,1 мг/л. При концентрации марганца в воде 0,5 мг/л опущенная в нее ткань после стирки приобретает слабо выраженный коричневый оттенок. При концентрации 0,1 и 0,05 мг/л разницы между контрольными и обработанными образцами ткани не было. Допустимое остаточное количество марганца в воде при полном переходе из семивалентного состояния в 4-х и 2-х валентное и с учетом его неблагоприятного действия на белье не должно превышать 0,1 мг/л (это ПДК).

Токсичность марганца не зависит от валентности иона. Недействующей концентрациейвсех соединений марганца (по влиянию на здоровье людей) является концентрация 2 мг/л в пересчете на ион марганца. Более высокие концентрации марганца вызывают изменения со стороны высшей нервной деятельности, усиливают накопления фосфора в костях, уменьшая его выделение с мочой. Кроме того, происходит снижение активности ферментов крови.

Присутствие никеля в природных водах обусловлено составом пород, через которые проходит вода: он обнаруживается в местах месторождений сульфидных медно-никелевых и железо-никелевых руд. В воду попадает из почв и из растительных и животных организмов при их распаде. Повышенное по сравнению с другими типами водорослей содержание никеля обнаружено в сине-зеленых водорослях. Соединения никеля поступают в водные объекты также со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. Значительные выбросы никеля сопровождают процессы сжигания каменного угля и мазута.

Растворенные формы соединений никеля представляют собой главным образом комплексные ионы, наиболее часто с аминокислотами, гуминовыми и фульвокислотами, а также в виде прочного цианидного комплекса. Наиболее распространены в природных водах соединения Ni⁺².

Никель принадлежит к числу канцерогенных металлов. Он способен вызывать респираторные заболевания. Считается, что свободные ионы Ni⁺² примерно в два раза более токсичны, чем его комплексные соединения.

Содержание никеля в чистых природных водах может изменяться в пределах 1…10 мкг/л, в промышленных регионах его концентрация достигает 50…100 мкг/л при условии нормального функционирования очистных сооружений на промышленных предприятиях. В подземных водах, омывающих никельсодержащие горные породы, концентрация никеля иногда возрастает до 20 мг/л.

Растворимые соли никеля вызывают гибель дафнии при концентрации никеля 1…2мг/л, рыбы – при 4,5…5,0мг/л. Присутствие никеля в городских сточных водах в количестве более 1 мг/л тормозит их биологическую очистку из-за его токсического действия на микрофлору активного или.

По воздействию на природную среду и по экологической опасности никель входит в число наиболее опасных металлов и занимает четвертое место после ртути, кадмия и свинца.

ПДК никеля для воды составляет 0,1 мг/л.

В поверхностные воды соединения трех- и шестивалентного хрома попадают в результате выщелачивания из минералов (хромит, крокоит, уваровит). Значительные дозы могут поступать в водоемы со сточными водами гальванических цехов, предприятий химической промышленности, красильных цехов текстильных предприятий и кожевенных заводов.

В растворенной форме хром может находиться в виде хроматов и бихроматов. В аэробных условиях Cr⁺⁶ переходит в Cr⁺³, соли которого в нейтральной и щелочной средах гидролизуются с выделением гидроксида, который сорбируется взвесью и донными осадками.

Концентрация растворенного хрома в незагрязненных озерах и реках обычно колеблется в пределах 1…10мкг/л, а в океане – 0,05…0,5мкг/л. Более высокие значения (5…50мкг/л и более) фиксируются в некоторых крупных реках, протекающих через индустриальные районы. В загрязненных водах содержание хрома достигает 0,1 мг/л и более.

Соединения хрома губительно действуют на флору и фауну и тем самым тормозят процессы самоочищения природных вод и биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на очистных сооружениях.

Трехвалентный хром относительно нетоксичен, но шестивалентный хром оказывает местное (дерматит, язвы) и токсическое воздействие на почки, печень, кожу, эндокринные железы и желудочно-кишечный тракт, а также проявляет канцерогенное и мутагенное действие. ПДК для Cr⁺⁶ – 0,05; для Cr⁺³ – 0,5 мг/л

К источникам поступления