Влияние кадмия на живые организмы. Токсичность кадмия и его соединений Пдк кадмия
Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.
Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах.
В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).
В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: Vа, Сr, Мn, Fе, Со, Ni, Сu, Zn, Мо, Sn, Нg, Рb, Вe и др.
При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации.
Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см 3 . Таким образом, к тяжелым металлам относятся: Cr, Мn, Fе, Со, Ni, Сu, Zn, Мо, Нg, Рb, Вe.
Формально определению тяжелые металлы соответствует большое количество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как загрязняющие вещества.
Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ.
Так, в ставших уже классическими работах Ю. А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы поименованы Рb, Нg, Cu.
С другой стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, Hg и Pb были отнесены к тяжелым металлам.
По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно, остаются только Рb, Сu, Zn, Ni, Со, Sn, Be, Нg.
В прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Au, Mn.
Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости от условий среды (рН, окислительно-восстановительный потенциал, наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных и органических взвесей.
Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации (образованием полиядерных гидроксокомплексов) и комплексообразования с различными лигандами.
Соответственно, как каталитические свойства металлов, так и доступность их для водных микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме.
Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах.
Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной, слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния.
Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно.
Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла.
Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три следствия:
1. Может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за счет перехода его в раствор из донных отложений;
2. Мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться от проницаемости гидратированных ионов;
3. Токсичность металла в результате комплексообразования может сильно измениться.
Так, хелатные формы Сu, Pb и Нg менее токсичны, нежели свободные ионы. Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю связанных и свободных форм.
Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий.
Повышение концентрации тяжелых металлов в природных водах часто связано с другими видами загрязнения, например, с закислением.
Выпадение кислотных осадков способствует снижению значения рН и переходу металлов из сорбированного на минеральных и органических веществах состояния в свободное.
Ванадий
Ванадий находится преимущественно в рассеянном состоянии и обнаруживается в железных рудах, нефти, асфальтах, битумах, горючих сланцах, углях и др. Одним из главных источников загрязнения природных вод ванадием являются нефть и продукты ее переработки.
В природных водах встречается в очень малой концентрации: в воде рек от 0,2 до 4,5 мкг/дм 3 , в морской воде – в среднем 2,0 мкг/дм 3
В миграции ванадия существенна роль растворенных комплексных соединений его с органическими веществами, особенно с гумусовыми кислотами.
Повышенные концентрации ванадия вредны для здоровья человека. ПДК ванадия составляет 0,1 мг/дм 3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический) .
Висмут
Естественными источниками поступления висмута в природные воды являются процессы выщелачивания висмутсодержащих минералов. Источником поступления в природные воды могут быть также сточные воды фармацевтических и парфюмерных производств, некоторых предприятий стекольной промышленности.
В незагрязненных поверхностных водах содержится в субмикрограммовых концентрациях. Наиболее высокая концентрация обнаружена в подземных водах и составляет 20 мкг/дм 3 , в морских водах – 0,02 мкг/дм 3 . ПДК составляет 0,1 мг/дм 3 .
Железо
Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. В процессе взаимодействия с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.
Фазовые равновесия зависят от химического состава вод, рН и в некоторой степени от температуры. В рутинном анализе во взвешенную форму выделяют частицы с размером более 0,45 мк. Она представляет собой преимущественно железосодержащие минералы, гидрат оксида железа и соединения железа, сорбированные на взвесях.
Истинно растворенную и коллоидную форму обычно рассматривают совместно. Растворенное железо представлено соединениями, находящимися в ионной форме, в виде гидроксокомплекса и комплексов с растворенными неорганическими и органическими веществами природных вод.
В ионной форме мигрирует главным образом Fе (II), а Fе (III) в отсутствие комплексообразующих веществ не может в значительных количествах находиться в растворенном состоянии.
В результате химического и биохимического (при участии железобактерий) окисления Fе (II) переходит в Fе (III), который, гидролизуясь, выпадает в осадок в виде Fе (ОН) 3 .
Как для Fе(II), так и для Fе (III) характерна склонность к образованию гидроксокомплексов типа + , 4+ , + , 3+ , и других, сосуществующих в растворе в разных концентрациях в зависимости от рН и в целом определяющих состояние системы железо-гидроксил.
Основной формой нахождения Fe (III) в поверхностных водах являются комплексные соединения его с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом гумусовыми веществами.
При рН = 8,0 основной формой является Fе(ОН) 3 .Коллоидная форма железа наименее изучена, она представляет собой гидрат оксида железа Fе(ОН) 3 и комплексы с органическими веществами.
Наибольшие концентрации железа (до нескольких десятков и сотен миллиграммов в 1 дм 3) наблюдаются в подземных водах с низкими значениями рН.
Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме.
Концентрация железа подвержена заметным сезонным колебаниям. Обычно в водоемах с высокой биологической продуктивностью в период летней и зимней стагнации заметно увеличение концентрации железа в придонных слоях воды. Осенне-весеннее перемешивание водных масс (гомотермия) сопровождается окислением Fе (II) в Fе (III) и выпадением последнего в виде Fе(ОН) 3 .
ПДК железа составляет 0,3 мг/дм 3
Кадмий
В природные воды поступает при выщелачивании почв, полиметаллических и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных его накапливать.
Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий (производство серной кислоты), гальванического производства, а также с шахтными водами.
Понижение концентрации растворенных соединений кадмия происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными организмами.
Растворенные формы кадмия в природных водах представляют собой главным образом минеральные и органо-минеральные комплексы. Основной взвешенной формой кадмия являются его сорбированные соединения. Значительная часть кадмия может мигрировать в составе клеток гидробионтов.
В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах кадмий содержится в субмикрограммовых концентрациях, в загрязненных и сточных водах концентрация кадмия может достигать десятков микрограммов в 1 дм 3 .
Соединения кадмия играют важную роль в процессе жизнедеятельности животных и человека. В повышенных концентрациях токсичен, особенно в сочетании с другими токсичными веществами.
ПДК составляет 0,001 мг/дм 3 . Лимитирующий признак вредности – токсикологический.
Кобальт
В природные воды соединения кобальта попадают в результате процессов выщелачивания их из медноколчедановых и других руд, из почв при разложении организмов и растений, а также со сточными водами металлургических, металлообрабатывающих и химических заводов. Некоторые количества кобальта поступают из почв в результате разложения растительных и животных организмов.
Соединения кобальта в природных водах находятся в растворенном и взвешенном состоянии, количественное соотношение между которыми определяется химическим составом воды, температурой и значениями рН.
Растворенные формы представлены в основном комплексными соединениями, в том числе с органическими веществами природных вод. Соединения двухвалентного кобальта наиболее характерны для поверхностных вод. В присутствии окислителей возможно существование в заметных концентрациях трехвалентного кобальта.
Кобальт относится к числу биологически активных элементов и всегда содержится в организме животных и в растениях. С недостаточным содержанием его в почвах связано недостаточное содержание кобальта в растениях, что способствует развитию малокровия у животных (таежно-лесная нечерноземная зона).
Входя в состав витамина В 12 , кобальт весьма активно влияет на поступление азотистых веществ, увеличение содержания хлорофилла и аскорбиновой кислоты, активизирует биосинтез и повышает содержание белкового азота в растениях. Вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными.
В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах его содержание колеблется от десятых до тысячных долей миллиграмма в 1 дм 3 , среднее содержание в морской воде 0,5 мкг/дм 3 .
ПДК составляет 0,1 мг/дм 3 .
Марганец
В поверхностные воды марганец поступает в результате выщелачивания железомарганцевых руд и других минералов, содержащих марганец (пиролюзит, псиломелан, браунит, манганит, черная охра). Значительные количества марганца поступают в процессе разложения водных животных и растительных организмов, 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.
Понижение концентрации ионов марганца в природных водах происходит в результате окисления Mn (II) до МnО 3 и других высоковалентных оксидов, выпадающих в осадок. Основные параметры, определяющие реакцию окисления, – концентрация растворенного кислорода, величина рН и температура. Концентрация растворенных соединений марганца понижается вследствие утилизации их водорослями.
Главная форма миграции соединений марганца в поверхностных водах – взвеси, состав которых определяется в свою очередь составом пород, дренируемых водами, а также коллоидные гидроксиды тяжелых металлов и сорбированные соединения марганца.
Существенное значение в миграции марганца в растворенной и коллоидной формах имеют органические вещества и процессы комплексообразования марганца с неорганическими и органическими лигандами.
Mn (II) образует растворимые комплексы с бикарбонатами и сульфатами. Комплексы марганца с ионом хлора встречаются редко.
Комплексные соединения Mn (II) с органическими веществами обычно менее прочны, чем с другими переходными металлами. К ним относятся соединения с аминами, органическими кислотами, аминокислотами и гумусовыми веществами.
Mn (III) в повышенных концентрациях может находиться в растворенном состоянии только в присутствии сильных комплексообразователей.
Mn (VI) в природных водах не встречается.
В речных водах содержание марганца колеблется обычно от 1 до 160 мкг/дм 3 , среднее содержание в морских водах составляет 2 мкг/дм 3 .
Концентрация марганца в поверхностных водах подвержена сезонным колебаниям.
Факторами, определяющими изменения концентраций марганца, являются соотношение между поверхностным и подземным стоком, интенсивность потребления его при фотосинтезе, разложение фитопланктона, микроорганизмов и высшей водной растительности, а также процессы осаждения его на дно водных объектов.
Роль марганца в жизни высших растений и водорослей водоемов весьма велика. Марганец способствует утилизации СО 2 растениями, чем повышает интенсивность фотосинтеза, участвует в процессах восстановления нитратов и ассимиляции азота растениями. Марганец способствует переходу активного Fе (II) в Fе (Ш), что предохраняет клетку от отравления, ускоряет рост организмов и т.д. Важная экологическая и физиологическая роль марганца вызывает необходимость изучения и распределения марганца в природных водах.
Для водоемов санитарно-бытового использования установлена ПДК по иону марганца, равная 0,1 мг/дм 3 .
Медь
Медь – один из важнейших микроэлементов. Физиологическая активность меди связана главным образом с включением ее в состав активных центров окислительно-восстановительных ферментов. Недостаточное содержание меди в почвах отрицательно влияет на синтез белков, жиров и витаминов и способствует бесплодию растительных организмов.
Медь участвует в процессе фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями. Вместе с тем, избыточные концентрации меди оказывают неблагоприятное воздействие на растительные и животные организмы.
В природных водах наиболее часто встречаются соединения Сu (II).
Из соединений Сu (I) наиболее распространены трудно растворимые в воде Сu 2 О, Сu 2 S, СuСl. При наличии в водной среде лигандов наряду с равновесием диссоциации гидроксида необходимо учитывать образование различных комплексных форм, находящихся в равновесии с акваионами металла.
Основным источником поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышленности, шахтные воды, альдегидные реагенты, используемые для уничтожения водорослей. Медь может появляться в результате коррозии медных трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения. В подземных водах содержание меди обусловлено взаимодействием воды с горными породами, содержащими ее (халькопирит, халькозин, ковеллин, борнит, малахит, азурит, хризаколла, бротантин).
Предельно допустимая концентрация меди в воде водоемов санитарно-бытового водопользования составляет 0,1 мг/дм 3 (лимитирующий признак вредности – общесанитарный).
Молибден
Соединения молибдена попадают в поверхностные воды в результате выщелачивания их из экзогенных минералов, содержащих молибден. Молибден попадает в водоемы также со сточными водами обогатительных фабрик, предприятий цветной металлургии. Понижение концентраций соединений молибдена происходит в результате выпадения в осадок трудно растворимых соединений, процессов адсорбции минеральными взвесями и потребления растительными водными организмами.
Молибден в поверхностных водах находится в основном в форме МоО 4 -2 .Весьма вероятно существование его в виде органоминеральных комплексов. Возможность некоторого накопления в коллоидном состоянии вытекает из того факта, что продукты окисления молибденита представляют рыхлые тонкодисперсные вещества.
В речных водах молибден обнаружен в концентрациях от 2,1 до 10,6 мкг/дм 3 . В морской воде содержится в среднем 10 мкг/дм 3 молибдена.
В малых количествах молибден необходим для нормального развития растительных и животных организмов. Молибден входит в состав фермента ксантиноксидазы. При дефиците молибдена фермент образуется в недостаточном количестве, что вызывает отрицательные реакции организма. В повышенных концентрациях молибден вреден. При избытке молибдена нарушается обмен веществ.
Предельно допустимая концентрация молибдена в водоемах санитарно-бытового использования составляет 0,25 мг/дм 3 .
Мышьяк
В природные воды мышьяк поступает из минеральных источников, районов мышьяковистого оруднения (мышьяковый колчедан, реальгар, аурипигмент), а также из зон окисления пород полиметаллического, медно-кобальтового и вольфрамового типов. Некоторое количество мышьяка поступает из почв, а также в результате разложения растительных и животных организмов. Потребление мышьяка водными организмами является одной из причин понижения концентрации его в воде, наиболее отчетливо проявляющегося в период интенсивного развития планктона.
Значительные количества мышьяка поступают в водные объекты со сточными водами обогатительных фабрик, отходами производства красителей, кожевенных заводов и предприятий, производящих пестициды, а также с сельскохозяйственных угодий, на которых применяются пестициды.
В природных водах соединения мышьяка находятся в растворенном и взвешенном состоянии, соотношение между которыми определяется химическим составом воды и значениями рН. В растворенной форме мышьяк встречается в трех- и пятивалентной форме, главным образом в виде анионов.
В речных незагрязненных водах мышьяк находится обычно в микрограммовых концентрациях. В минеральных водах его концентрация может достигать нескольких миллиграммов в 1 дм 3 , в морских водах в среднем содержится 3 мкг/дм 3 .
Соединения мышьяка в повышенных концентрациях являются токсичными для организма животных и человека: они тормозят окислительные процессы, угнетают снабжение кислородом органов и тканей.
ПДК мышьяка составляет 0,05 мг/дм 3 (лимитирующий показатель вредности - санитарно-токсикологический)
Никель
Присутствие никеля в природных водах обусловлено составом пород, через которые проходит вода. Он обнаруживается в местах месторождений сульфидных медно-никелевых руд 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 в водные объекты поступают также со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. Огромные выбросы никеля сопровождают сжигание ископаемого топлива.
Концентрация его может понижаться в результате выпадения в осадок таких соединений, как цианиды, сульфиды, карбонаты или гидроксиды (при повышении значений рН), за счет потребления его водными организмами и процессов адсорбции.
В поверхностных водах соединения никеля находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии, количественное соотношение между которыми зависит от состава воды, температуры и значений рН. Сорбентами соединений никеля могут быть гидроксид железа, органические вещества, высокодисперсный карбонат кальция, глины. Растворенные формы 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 никеля, в которых он находится в степени окисления +2. Соединения Ni 3+ образуются обычно в щелочной среде.
Соединения никеля играют важную роль в кроветворных процессах, являясь катализаторами. Повышенное его содержание оказывает специфическое действие на сердечно-сосудистую систему. Никель принадлежит к числу канцерогенных элементов. Он способен вызывать респираторные заболевания. Считается, что свободные ионы никеля (Ni 2+) примерно в 2 раза более токсичны, чем его комплексные соединения.
В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах концентрация никеля колеблется обычно от 0,8 до 10 мкг/дм 3 ; в загрязненных она составляет несколько десятков микрограммов в 1 дм 3 . Средняя концентрация никеля в морской воде 2 мкг/дм 3 .
Олово
В природные воды поступает в результате процессов выщелачивания оловосодержащих минералов (касситерит, станнин), а также со сточными водами различных производств (крашение тканей, синтез органических красок, производство сплавов с добавкой олова и др.).
Токсическое действие олова невелико.
В незагрязненных поверхностных водах олово содержится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах его концентрация достигает единиц микрограммов в 1 дм 3 . ПДК составляет 2 мг/дм 3 .
Ртуть
В поверхностные воды соединения ртути могут поступать в результате выщелачивания пород в районе ртутных месторождений (киноварь, метациннабарит, ливингстонит), в процессе разложения водных организмов, накапливающих ртуть.
Значительные количества поступают в водные объекты со сточными водами предприятий, производящих красители, пестициды, фармацевтические препараты, некоторые взрывчатые вещества. Тепловые электростанции, работающие на угле, выбрасывают в атмосферу значительные количества соединений ртути, которые в результате мокрых и сухих выпадений попадают в водные объекты.
Понижение концентрации растворенных соединений ртути происходит в результате извлечения их многими морскими и пресноводными организмами, обладающими способностью накапливать ее в концентрациях, во много раз превышающих содержание ее в воде, а также процессов адсорбции взвешенными веществами и донными отложениями.
В поверхностных водах соединения ртути находятся в растворенном и взвешенном состоянии. Соотношение между ними зависит от химического состава воды и значений рН. Взвешенная ртуть представляет собой сорбированные соединения ртути. Растворенными формами являются недиссоциированные молекулы, комплексные органические и минеральные соединения. В воде водных объектов ртуть может находиться в виде метилртутных соединений.
Соединения ртути высоко токсичны, они поражают нервную систему человека, вызывают изменения со стороны слизистой оболочки, нарушение двигательной функции и секреции желудочно-кишечного тракта, изменения в крови и др. Бактериальные процессы метилирования направлены на образование метилртутных соединений, которые во много раз токсичнее минеральных солей ртути. Метилртутные соединения накапливаются в рыбе и могут попадать в организм человека.
ПДК ртути составляет 0,0005 мг/дм 3 (лимитирующий признак вредности – санитарно-токсикологический).
Свинец
Естественными источниками поступления свинца в поверхностные воды являются процессы растворения эндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов.
Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде (в т.ч. и в поверхностных водах) связано со сжиганием углей, применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических производств, шахт и т.д.
Существенными факторами понижения концентрации свинца в воде является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения. В числе других металлов свинец извлекается и накапливается гидробионтами.
Свинец находится в природных водах в растворенном и взвешенном (сорбированном) состоянии. В растворенной форме встречается в виде минеральных и органоминеральных комплексов, а также простых ионов, в нерастворимой – главным образом в виде сульфидов, сульфатов и карбонатов.
В речных водах концентрация свинца колеблется от десятых долей до единиц микрограммов в 1 дм 3 . Даже в воде водных объектов, прилегающих к районам полиметаллических руд, концентрация его редко достигает десятков миллиграммов в 1 дм 3 . Лишь в хлоридных термальных водах концентрация свинца иногда достигает нескольких миллиграммов в 1 дм 3 .
Свинец - промышленный яд, способный при неблагоприятных условиях оказаться причиной отравления. В организм человека проникает главным образом через органы дыхания и пищеварения. Удаляется из организма очень медленно, вследствие чего накапливается в костях, печени и почках.
Лимитирующий показатель вредности свинца – санитарно-токсикологический. ПДК, свинца составляет 0,03 мг/дм 3 .
Тетраэтилсвинец
Поступает в природные воды в связи с использованием в качестве антидетонатора в моторном топливе водных транспортных средств, а также с поверхностным стоком с городских территорий.
Данное вещество характеризуется высокой токсичностью, обладает кумулятивными свойствами.
Серебро
Источниками поступления серебра в поверхностные воды служат подземные воды и сточные воды рудников, обогатительных фабрик, фотопредприятий. Повышенное содержание серебра бывает связано с применением бактерицидных и альгицидных препаратов.
В сточных водах серебро может присутствовать в растворенном и взвешенном виде, большей частью в форме галоидных солей.
В незагрязненных поверхностных водах серебро находится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах концентрация серебра колеблется от единиц до десятков микрограммов в 1 дм 3 , в морской воде – в среднем 0,3 мкг/дм 3 .
Ионы серебра способны уничтожать бактерии и уже в незначительной концентрации стерилизуют воду (нижний предел бактерицидного действия ионов серебра 210 моль/дм 3). Роль серебра в организме животных и человека изучена недостаточно.
ПДК серебра составляет 0,05 мг/дм 3 .
Сурьма
Сурьма поступает в поверхностные воды за счет выщелачивания минералов сурьмы (стибнит, сенармонтит, валентинит, сервантит, стибиоканит) и со сточными водами резиновых, стекольных, красильных, спичечных предприятий.
В природных водах соединения сурьмы находятся в растворенном и взвешенном состоянии. В окислительно-восстановительных условиях, характерных для поверхностных вод, возможно существование как трехвалентной, так и пятивалентной сурьмы.
В незагрязненных поверхностных водах сурьма находится в субмикрограммовых концентрациях, в морской воде ее концентрация достигает 0,5 мкг/дм 3 , в подземных водах – 10,0 мкг/дм 3 .
ПДК сурьмы составляет 0,05 мг/дм 3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический ).
Хром
В поверхностные воды соединения трех- и шестивалентного хрома попадают в результате выщелачивания из пород (хромит, крокоит, уваровит и др.). Некоторые количества поступают в процессе разложения организмов и растений, из почв.
Значительные количества могут поступать в водоемы со сточными водами гальванических цехов, красильных цехов текстильных предприятий, кожевенных заводов и предприятий химической промышленности. Понижение концентрации ионов хрома может наблюдаться в результате потребления их водными организмами и процессов адсорбции.
В поверхностных водах соединения хрома находятся в растворенном и взвешенном состояниях, соотношение между которыми зависит от состава вод, температуры, рН раствора. Взвешенные соединения хрома представляют собой в основном сорбированные соединения хрома.
Сорбентами могут быть глины, гидроксид железа, высокодисперсный оседающий карбонат кальция, остатки растительных и животных организмов. В растворенной форме хром может находиться в виде хроматов и бихроматов. При аэробных условиях Cr (VI) переходит в Cr (III), соли которого в нейтральной и щелочной средах гидролизуется с выделением гидроксида.
В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах содержание хрома колеблется от нескольких десятых долей микрограмма в литре до нескольких микрограммов в литре, в загрязненных водоемах оно достигает нескольких десятков и сотен микрограммов в литре. Средняя концентрация в морских водах – 0,05 мкг/дм 3 .
Соединения Cr (VI) и Cr (III) в повышенных количествах обладают канцерогенными свойствами. Соединения Cr (VI) являются более опасными.
Цинк
Попадает в природные воды в результате протекающих в природе процессов разрушения и растворения горных пород и минералов (сфалерит, цинкит, смитсонит, каламин), а также со сточными водами рудообогатительных фабрик и гальванических цехов, производств пергаментной бумаги, минеральных красок, вискозного волокна и др.
В воде существует главным образом в ионной форме или в форме его минеральных и органических комплексов. Иногда встречается в нерастворимых формах: в виде гидроксида, карбоната, сульфида и др.
В речных водах концентрация цинка обычно колеблется от 3 до 120 мкг/дм 3 , в морских – от 1,5 до 10,0 мкг/дм3. Содержание в рудных и особенно в шахтных водах с низкими значениями рН может быть значительным.
Цинк относится к числу активных микроэлементов, влияющих на рост и нормальное развитие организмов. В то же время многие соединения цинка токсичны, прежде всего, его сульфат и хлорид.
ПДК составляет 1 мг/дм 3 (лимитирующий показатель вредности – органолептический).
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Охрана природы
ПОЧВЫ
Требования
к свойствам осадков сточных вод
при использовании их в качестве удобрений
ГОССТАНДАРТ РОССИИ
Москва
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН ОАО «Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды»;
Всероссийским научно-исследовательским и проектно-технологическим институтом органических удобрений;
НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН;
Научно-исследовательским институтом по сельскохозяйственному использованию сточных вод «Прогресс»;
Всероссийским научно-исследовательским институтом удобрений и агропочвоведения им. Д.Н. Прянишникова
ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации № 409 «Охрана окружающей природной среды»
2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 23 января 2001 г. № 30-ст
3 В настоящем стандарте реализованы положения федеральных законов «Об отходах производства и потребления», «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения», «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами»
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
ГОСТ Р 17.4.3.07-2001
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Охрана природы
ПОЧВЫ
Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений
Nature protection. Soils. Requirements for sewage sludge use for fertilization
Дата введения 2001-10-01
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает основные требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений, а также требования к охране окружающей среды.
Настоящий стандарт распространяется на осадки, образующиеся в процессе очистки хозяйственно-бытовых, городских (смеси хозяйственно-бытовых и производственных), а также близких к ним по составу производственных сточных вод и продукцию (удобрения) на основе осадков (далее - осадки).
Стандарт не распространяется на осадки производственных предприятий (предприятия целлюлозно-бумажной, химической, в том числе производства синтетического каучука, химического волокна, химических средств защиты растений, нефтехимической и других отраслей промышленности), в сточных водах которых могут содержаться токсичные органические вещества первого и второго класса опасности в количествах, превышающих их предельно допустимые концентрации (ПДК) в воде водных объектов.
Требования стандарта обязательны для коммунальных служб муниципальных и ведомственных предприятий и организаций, имеющих право поставлять и использовать осадки в качестве удобрений в сельском хозяйстве, промышленном цветоводстве, зеленом строительстве, в лесных и декоративных питомниках, а также для биологической рекультивации нарушенных земель и полигонов твердых бытовых отходов (ТБО).
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнений
Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния
Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охране от загрязнений
ГОСТ 26483-85 Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИНАО
ГОСТ 26714-85 Удобрения органические. Метод определения золы
ГОСТ 26715-85 Удобрения органические. Методы определения общего азота
ГОСТ 26717-85 Удобрения органические. Методы определения общего фосфора
ГОСТ Р 8.563-96 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений
3 Определения
В настоящем стандарте применяются следующие термины с соответствующими определениями.
осадки сточных вод: Твердая фракция сточных вод, состоящая из органических и минеральных веществ, выделенных в процессе очистки сточных вод методом отстаивания (сырой осадок), и комплекса микроорганизмов, участвовавших в процессе биологической очистки сточных вод и выведенных из технологического процесса (избыточный активный ил).
продукция из осадков: Осадки, переработанные биотехнологическими (в том числе компостированием), физическими и химическими методами, отвечающие требованиям настоящего стандарта и имеющие товарный вид.
тяжелые металлы: Группа металлов с атомной массой более 50 (Pb , Cd , Ni , Cr , Zn , Cu , Hg ), которые при определенных концентрациях могут оказывать токсичное действие.
4 Требования к свойствам осадков
4.1 Осадки, применяемые в качестве органических или комплексных органоминеральных удобрений, должны соответствовать требованиям, приведенным в .
Таблица 1 - Агрохимические показатели осадков
|
Норма |
Метод определения |
|
|
Массовая доля органических веществ, % на сухое вещество, не менее |
ГОСТ 26213 |
|
|
Реакция среды (рН сол) |
5,5 - 8,5* |
ГОСТ 26483 |
|
Массовая доля общего азота (N), % на сухое вещество, не менее |
0,6 |
ГОСТ 26715 |
|
Массовая доля общего фосфора (Р 2 О 5), % на сухое вещество, не менее |
1,5 |
ГОСТ 26717 |
|
* Осадки, имеющие значение реакции среды (рН сол вытяжки) более 8,5, могут использоваться на кислых почвах в качестве органоизвестковых удобрений. |
||
Таблица 2 - Допустимое валовое содержание тяжелых металлов и мышьяка в осадках
|
Концентрация, мг/кг сухого вещества, не более, для осадков группы |
||
|
Свинец (Pb) |
250 |
500 |
|
Кадмий (Cd) |
||
|
Никель (Ni) |
200 |
400 |
|
Хром ( Cr общ ) |
500 |
1000 |
|
Цинк (Zn) |
1750 |
3500 |
|
Медь ( Cu ) |
750 |
1500 |
|
Ртуть (Hg) |
7,5 |
|
|
Мышьяк (As) |
||
|
Норма для осадков группы |
Методика определения |
||
|
Бактерии группы кишечной палочки, клеток/г осадка фактической влажности |
100 |
1000 |
[ ] |
|
Патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы, клеток/г |
Отсутствие |
Отсутствие |
|
|
Яйца геогельминтов и цисты кишечных патогенных простейших, экз./кг осадка фактической влажности, не более |
Отсутствие |
Отсутствие |
[ ] |
4.2 Осадки могут использоваться в качестве удобрений при разном уровне влажности.
4.3 По концентрации тяжелых металлов и мышьяка осадки при сельскохозяйственном использовании подразделяют на две группы () на основании результатов химического анализа по методам в соответствии с ГОСТ Р 8.563. Если содержание хотя бы одного из нормируемых элементов превышает его допустимый уровень для группы I, то осадки относят к группе II.
4.3.1 Осадки группы I используют под все виды сельскохозяйственных культур, кроме овощных, грибов, зеленных и земляники.
4.3.2 Осадки группы II используют под зерновые, зернобобовые, зернофуражные и технические культуры.
4.4 Осадки групп I и II используют в промышленном цветоводстве, зеленом строительстве, лесных и декоративных питомниках, для биологической рекультивации нарушенных земель и полигонов ТБО.
4.5 Дозы внесения осадков под сельскохозяйственные культуры в каждом конкретном случае рассчитывают с учетом фактического содержания нормируемых в загрязнений в осадках и в почве (на участке внесения осадка) (). При внесении осадков в расчетных дозах качество выращиваемой сельскохозяйственной продукции должно соответствовать требованиям .
При возможном содержании в осадках ненормируемых настоящим стандартом тяжелых металлов и органических соединений, для которых разработаны ПДК в почвах, дозу внесения осадков также рассчитывают по .
При несельскохозяйственном использовании осадков дозы внесения определяются технологиями выращивания культур и направлениями (технологиями) рекультивации.
4.6 Осадки могут применяться на почвах и выработанных торфяниках. Применению осадков на почвах, в том числе подстилаемых песчаными отложениями и выработанных торфяниках с рН менее 5,5, предшествует их известкование. Осадки, прошедшие стадию обработки с использованием извести, применяют в качестве органоизвестковых удобрений почв с рН менее 5,5 в дозах, рассчитанных с учетом содержания кальция в составе вносимого осадка.
4.7 Осадки, в которых нормируемые показатели превышают допустимые для группы II значения, но при этом по химическому составу соответствуют 4-му классу опасности, могут использоваться для восстановления продуктивности нарушенных земель с целью лесохозяйственного и рекреационного направления их рекультивации или подлежат размещению на специально обустроенных полигонах или полигонах ТБО .
4.9 Порядок применения осадков в качестве удобрений определяет технологический регламент, который разрабатывают специализированные организации с учетом региональных и местных условий, в том числе свойств и гидрологического режима почв, содержания в осадках и почве нормируемых загрязнений, общего и минерального азота, фосфора, калия, особенностей возделывания культур, принятого севооборота и т.п.
5 Требования к охране окружающей среды
5.1 Применение осадков в качестве удобрений не должно приводить к ухудшению экологических и санитарно-гигиенических показателей окружающей среды, почвы, выращиваемых растений.
5.2Не допускается применять осадки:
в водоохранных зонах и зонах водных объектов и их прибрежных защитных полосах, а также в пределах особо охраняемых природных территорий;
поверхностно в лесах, лесопарках, на сенокосах и пастбищах;
на затопляемых и переувлажненных почвах;
на территориях с резко пересеченным рельефом, а также на площадках, которые имеют уклон в сторону водоема более 3°.
5.3 Контроль качества осадков обеспечивают аналитические лаборатории, аккредитацию которых организует и проводит Госстандарт России и другие федеральные органы исполнительной власти, на которые законодательными актами Российской Федерации возлагается эта работа в пределах их компетентности.
5.4 При поставке осадков потребителю на отгружаемую партию поставщик предъявляет паспорт и сертификат соответствия, разрабатываемый органом, уполномоченным для проведения работ в данной области.
5.5 Порядок контроля за содержанием в почве и выращиваемой сельскохозяйственной и другой продукции нормируемых загрязнений и санитарными показателями определяет технологический регламент .
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)
Расчет допустимых доз внесения осадков при использовании их в качестве удобрений под сельскохозяйственные культуры
А.1 Общую (суммарную) дозу внесения осадка по содержанию (нормируемых) загрязнений Д общ , т/га сухого вещества, вычисляют по формуле
Максимально допустимую разовую дозу внесения осадка Д уд, т/га сухого вещества, вычисляют по формуле
(2)
Условные обозначения:
ПДК - предельно допустимая концентрация нормируемого загрязнения в почве, мг/кг; при отсутствии утвержденных ПДК в расчете используется ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) загрязнения в почве [ , ];
Ф - фактическое содержание загрязнения в почве, мг/кг;
с - концентрация загрязнения в осадке, мг/кг сухого вещества;
т - масса пахотного слоя почвы в пересчете на сухое вещество, т/га.
А.2 Расчет проводят по каждому нормируемому в или ненормируемому загрязнению отдельно. Из полученных данных выбирают минимальное значение, которое и определяет дозу конкретного осадка с учетом свойств почвы и ее фактического загрязнения.
Количество минерального азота, вносимого с осадком, не должно превышать его вынос с урожаем культур.
Внесение подвижного фосфора с осадками ограничивается емкостью поглощения фосфатов почвами.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Библиография
Ключевые слова: осадки сточных вод, удобрения, допустимое содержание, тяжелые металлы, дозы внесения
Современный уровень развития промышленных технологий не позволяет перейти к экологически чистому производству.Одним из наиболее распространенных загрязнителей окружающей среды являются ионы тяжелых металлов, в частности кадмий. Индустриальное загрязнение кадмием характерно для многих промышленных районов России. Кадмий способен адсорбироваться на твердых частицах и переноситься на большие расстояния.
Источниками большинства антропогенных загрязнений являются отходы от металлургических производств, со сточными водами гальванических производств (после кадмирования), других производств, в которых применяются кадмийсодержащие стабилизаторы, пигменты, краски и в результате использования фосфатных удобрений. Кадмий присутствует в воздухе крупных городов вследствие истирания шин, эрозии некоторых видов пластмассовых изделий, красок и клеящих материалов. Однако больше всего в окружающую среду кадмий поступает в виде побочного продукта металлургического производства (например, при выплавке и электролитической очистке цинка), а также при хранении и переработке бытовых и промышленных отходов. Даже в незагрязненных районах с содержанием кадмия в воздухе менее 1 мкг/м, его ежедневное поступление в организм человека при дыхании составляет около 1% от допустимой суточной дозы.
Дополнительным источником поступления кадмия в организм является курение. Одна сигарета содержит 1-2 мкг кадмия, и около 10% его поступает в органы дыхания. У лиц выкуривающих до 30 сигарет в день, за 40 лет в организме накапливается 13-52 мкг кадмия, что превышает его количество, поступающее с пищей.
В питьевую воду кадмий попадает вследствие загрязнения водоисточников производственными сбросами, с реагентами, используемыми на стадии водоподготовки, а также в результате миграции из водопроводных конструкций. Доля кадмия, поступающего в организм с водой, в общей суточной дозе составляет 5-10%. Среднесуточное потребление кадмия человеком составляет примерно 50 мкг с отдельными отклонениями в зависимости от индивидуальных и региональных особенностей. Предельно допустимая концентрация (ПДК) кадмия в атмосферном воздухе составляет 0,3 мкг/м, в воде водоисточников – 0,001мг/л, в почвах песчаных и супесчаных кислых и нейтральных 0,5, 1,0 и 2,0 мг/ кг соответственно.
Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) установлен допустимый уровень содержания кадмия в организме 6,7- 8 мкг/кг. Обмен кадмия в организме характеризуется следующими основными особенностями: отсутствием эффективного механизма гомеостатического контроля; длительным удержанием (кумуляцией) в организме. На задержку кадмия в организме оказывает влияние возраст человека. У детей и подростков степень его всасывания в 5 раз выше, чем у взрослых. Выведение кадмия происходит медленно. Период его биологической полужизни в организме колеблется, по разным оценкам, в пределах 10-47 лет. От 50 до 75% кадмия от попавшего количества удерживается в организме. Основное количество кадмия из организма выводится с мочой (1-2 мкг /сут) и калом(10-50 мкг/сут).
Хроническое воздействие кадмия на человека приводит к нарушениям почечной функций легочной недостаточной, остёомаляций, анемий и потери обоняния. Существует данные о возможном канцерогенном эффекте кадмия и о вероятном участии его в развитии сердечно-сосудистых заболеваний. Наиболее тяжелой формой хронического отравления кадмием является болезнь “итай-итай” характеризующаяся деформацией скелета с заметным уменьшением роста, поясничными болями, болезненным явлениями в мышцах ног, утиной походкой. Кроме того, отмечаются частные переломы размягчённых костей, а также нарушение функций поджелудочной железы, изменения в желудочно-кишечном тракте, гипохромная анемия, дисфункция почек и др. Кадмий способен накапливаться в организме человека и животных, так как сравнительно легко усваивается из пищи и воды и проникает в различные органы и ткани. Токсическое действие металла проявляется уже при очень низких концентрациях. В современной научной литературе изучению токсического действия кадмия посвящено немало работ. Наиболее типичным проявлением отравления кадмием является нарушение процессов поглощения аминокислот, фосфора и кальция в почках. После прекращения действия кадмия повреждения, вызванные его действием в почках, остаются необратимыми. Показано, что нарушение процессов обмена в почках может привести к изменению минерального состава костей. Известно, что кадмий накапливается преимущественно в корковом слое почек, а его концентрация в мозговом слое и почечных лоханках значительно ниже, что связано с его способностью депонироваться в паренхиматозных органах и медленным выведением из организма.
Предположительно проявление токсического действия ионов кадмия связано синтезом в организме белка металиотеонеина, который связывает и транспортирует его в почки. Там белок почти полностью реадсорбируется и быстро деградирует с освобождением ионов кадмия, стимулирующих металлиотионеина в клетках эпителия проксимальных канальцев. Деградация комплекса кадмий-металлиотионеин приводит к повышению уровня ионов кадмия вначале в лизосомальной фракций, а затем в цитозоле, где происходит связывание с почечным металлиотионеином. При этом в клетках появляются везикулы, и повышается число электронно-плотных лизосом, появлением низкомолекулярной протеинурии и кальцийурией.
Роль белка металиотинеина в снижении токсичности кадмия весьма значительна. Экспериментальное внутривенное введение кадмия, связанного с данным белком, предотвращает развитие некроза в почечной ткани у мышей, тогда как аналогичные дозы неорганического кадмия вызывает развитие некроза в почках. Это доказывает участие металиотионеина в снижении токсичности металла. Однако этот механизм ограничен в количественном отношении, потому что при длительном поступлении кадмия также развивается повреждение тубулярного эпителия.
Многочисленными исследованиями была показана возможная связь между кадмийиндуцированным повреждением клеток почек, межклеточным изменением содержания ионов кадмия и индукцией синтеза стрессовых белков. Первым кандидатом на роль стрессового белка является кальмодулин, так как in vitro показано, что кадмий активирует секрецию этого гормона, который через усиление потока кальция в клетку может повреждать цитоскелет.
Кадмий вызывает развитие протеинурии, глюкозурии, аминоацидурии и другие патологические процессы. При длительном поступлении кадмия в организм развивается почечный тубулярный ацидоз, гиперкальцийурия и формируются камни в мочевом пузыре. В тяжелых случаях хронической кадмиевой интоксикации может также наблюдаться нефрокальцидоз. Накопление кадмия в клетках культуры почек происходит параллельно повышению степени его токсичности. Однако характер распределения его в клетке не зависит от выраженности цитотоксического действия: более 90% металла связано с цитозолем, остальная часть – микросомной, митохондриальной, ядерной фракциями и клеточными фрагментами.
Изучение субклеточного распределения кадмия в печени позволило расшифровать механизм возникновения толерантности к данному металлу. Установлено, что снижение чувствительности к кадмию обусловлено изменением его распределения не в тканях, а цитозольной субклеточной фракции печени, являющиеся органом – мишенью, где происходит связывание его с металиотионеином. В дозе 2,4 мг/кг кадмий снижает синтез белка в микросомальной фракции печени крыс, не нарушая его в ядрах и митохондриях. Накапливаясь на внутренних мембранах митохондрий, данный металл уменьшает энергоснабжение и стимулирует перекисное окисление липидов (ПОЛ) при концентрациях 10 – 100 мкмоль.
В первые сутки после введения кадмия в дозе 4 мг/кг в мышце сердца крыс по сравнению с контролем увеличились содержание диеновых коньюгантов в 2,1 раз, активность глутатионпероксидазы – на 3,2%. В коре больших полушарий головного мозга содержание шиффовых оснований возрастало в 2,2 раза. На седьмые сутки наблюдения у животных, получавших кадмий, концентрация шиффовых оснований в неокортексе оставалась повышенной на 59,3%, в сердце – увеличилось в 2,4 раза по сравнению с контролем; содержание коньюгантов в миокарде в дозе 1 мкмоль происходит нарушение целостности мембран митохондрий, но стимуляция ПОЛ не наблюдается.
При хроническом ингаляционном воздействии кадмий вызывает тяжелые поражения легких. Как показали проведенные Шоповой В. Л. с сотрудниками исследования, процент альвеолярных макрофагов (АМ) при воздействии кадмия в первый день значительно понижался (до 11,5%). Этот эффект наблюдался и на пятнадцатый день – АМ составил 45,5% от исходных значений. Одновременно резко повышался процент полиморфонуклеарных лейкоцитов (ПНЛ), среди некоторых встречались и незрелые формы. Средняя площадь АМ после химического воздействия увеличивалась за счет повышения процента очень крупных клеток, а не за счет равномерного увеличения площади всех клеток. При этом крупные АМ имели вакуолизированную пенистую цитоплазму. Встречались и клетки с пикнотическими ядрами, кариолизисом и кариорексисом. Все это указывает на то, что соединения кадмия существенно понижают содержание внутриклеточного АТФ и ингибируют клеточное дыхание.
В основе механизма токсического действия ионов тяжелых металлов, в том числе кадмия, лежит их взаимодействие с компонентами клеток, молекулами клеточных органелл и мембран.
Ионы металлов могут влиять на процессы, протекающие в клетке, только проникая внутрь ее и фиксируясь в субклеточных мембранах. Кадмий проникает в клетку через потенциал зависимые кальциевые канальцы. Воздействие кадмия на внутриклеточные процессы весьма разнообразны. Так, металл оказывает заметное влияние на обмен нуклеиновых кислот и белка. Он ингибирует in vivo включение тимидина в ДНК регенерирующей печени, угнетает синтез белка в печени крыс на стадии инициации трансляции, нарушая образования полирибосом, тогда как процесс элонгации, напротив, ускоряется в результате активирования факторов EF – 1 и EF – 2. Избыток ионов кадмия ингибирует синтез ДНК, белков и нуклеиновых кислот, влияет на активность ферментов, нарушает усвоение и обмен ряда микроэлементов (Zn, Cu, Se, Fe), что может вызывать их дефицит. Следует заметить, что при достаточном поступлении цинка в организм токсичность кадмия снижается.
С помощью электронной микроскопии было установлено, что кадмий вызывает ультраструктурные изменения клеточных мембран, митохондрий, цистерн аппарата Гольджи, сети трубочек, хроматина, ядрышка, микрофиламентов и рибосом.
Поражение клеточной оболочки является наиболее ранним признаком действия данного металла, особенно при длительном поступлении, хотя клетки могли переносить поражения клеточной оболочки, а также митохондрий и в некоторой степени – аппарата Гольджи.
При исследовании воздействия кадмия in vitro на митохондриальную мембрану выявили, что ионы кадмия повышают проницаемость мембраны к ионам H, K, Mg, а это приводит к активации дыхания энергизованных нефосфорилирующих митохондрий.
Известно, что некоторые ферменты в своей структуре имеют ионы металлов. Существует группа ферментов, в состав простетической части которых входят ионы металлов IV периода таблицы химических элементов, которые способны замещаться на любой двухвалентный ион металла (близкий по положению в таблице Д. И. Менделеева), в частности, к таким ферментам относятся щелочная фосфатаза и ряд протеаз. На основании проведенных экспериментов можно предположить, что в результате замещения ионов в простетической части фермента один на другой происходит изменение пространственной конфигурации активного центра фермента, что приводит к изменению уровня его активности.
Свое токсическое влияние кадмий оказывает и на репродуктивные функции организма. Эффект зависит от дозы вещества и времени воздействия. Основываясь на экспериментальных данных, полагают, что тератогенное действие кадмийсодержащих веществ может быть связано с ингибированием активности карбоангидразы. Так, воздействуя на ткани семенников, кадмий вызывает уменьшение синтеза тестостерона. Данный металл может приводить к гормональным нарушениям у самок, предотвращает оплодотворение, может вызывать кровотечения и даже приводить к смерти эмбрионов. Установлено также, что кадмий способен накапливаться в плаценте и вызывать ее повреждение. В исследованиях было выяснено влияние различных доз кадмия на эмбриональную смертность. Так, при введении металла в дозе 5 мг/кг впервые обнаруживаются мертвые эмбрионы, при 10 мг/кг наблюдается снижение средней массы плода, увеличение эмбриональной смертности в 2,8 раза, а при дозе 20 мг/кг – максимальное число мертвых эмбрионов на одно животное.
В литературе описано также отдаленное воздействие кадмия на развитие потомства. В частности, в результате введения самкам раствора кадмия во время беременности и в период лактации, у потомства, подвергавшегося действию металла в эмбриогенезе, наблюдались нейрохимические изменения в мозжечке и в полосатом теле, и изменения моторной активности во взрослом состоянии.
Таким образом, основываясь на литературных данных, можно отметить, что токсичность соединений кадмия следует рассматривать двояко. С одной стороны – это непосредственное действие ионов на организм. С другой стороны – влияние на потомство особей, подвергшихся действию соединений этого тяжелого металла.
2.1.7. ПОЧВА, ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ, ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ, САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ
Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве
Гигиенические нормативы
ГН 2.1.7.2042-06
1. Подготовлены коллективом авторов в составе: Н.В. Русаков, И.А. Крятов, Н.И. Тонкопий, Ж.Ж. Гумарова, Н.В. Пиртахия (ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН); А.П. Веселов (Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека).
2. Рекомендованы к утверждению Бюро Комиссии по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (протокол № 2 от 16 июня 2005 г.).
3. Утверждены Руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г. Онищенко 19 января 2006 г.
4. Введены в действие постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 23 января 2006 г. № 2 с 1 апреля 2006 г.
5. Введены взамен гигиенических нормативов «Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно-допустимых количеств (ОДК) химических веществ в почве» № 6229-91 и ГН 2.1.7.020-94 (дополнение 1 к № 6229-91).
6. Зарегистрированы в Министерстве юстиции Российской Федерации (регистрационный номер 7456 от 7 февраля 2006 г.).
Федеральный закон Российской Федерации
«О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»
№
52-ФЗ от 30 марта 1999г.
«Государственные санитарно-эпидемиологические правила и нормативы (далее - санитарные правила) - нормативные правовые акты, устанавливающие санитарно-эпидемиологические требования (в том числе критерии безопасности и (или) безвредности факторов среды обитания для человека, гигиенические и иные нормативы), несоблюдение которых создает угрозу жизни или здоровью человека, а также угрозу возникновения и распространения заболеваний» (статья 1).
«Соблюдение санитарных правил является обязательным для граждан, индивидуальных предпринимателей и юридических лиц» (статья 39, п. 3).
ГЛАВНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ САНИТАРНЫЙ ВРАЧ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПОСТАНОВЛЕНИЕ
Москва 23.01.06 № 2
О
введении в действие
гигиенических нормативов
ГН 2.1.7.2042-06
На основании Федерального закона от 30.03.99 № 52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (Собрание законодательства Российской Федерации, 1999, № 14, ст. 1650; 2003, № 2, ст. 167; № 27, ст. 2700; 2004, № 35, ст. 3607) и Положения о государственном санитарно-эпидемиологическом нормировании, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 24.07.00 № 554 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2000, № 31, ст. 3295) с изменениями, которые внесены постановлением Правительства Российской Федерации от 15.09.05 № 569 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2005, № 39, ст. 3953)
ПОСТАНОВЛЯЮ:
1. Ввести в действие с 1 апреля 2006 года гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2042-06 «Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве», утвержденные Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 19 января 2006 года.
Г.Г. Онищенко
УТВЕРЖДАЮ
Руководитель
Федеральной службы
по надзору в сфере защиты прав
потребителей и благополучия человека,
Главный государственный санитарный
врач Российской Федерации
Г. Г. Онищенко
2.1.7. ПОЧВА, ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ, ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ, САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ
Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве
Гигиенические
нормативы
ГН 2.1.7.2042-06
I. Общие положения и область применения
1.1. Гигиенические нормативы "Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве" (далее - нормативы) разработаны в соответствии с Федеральным законом от 30.03.1999 № 52-ФЗ "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" (Собрание законодательства Российской Федерации, 1999, № 14, ст. 1650; 2003, № 2, ст. 167; № 27, ст. 2700; 2004, № 35) и Положением о государственном санитарно-эпидемиологическом нормировании, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 24.07.2000 № 554 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2000, № 31, ст. 3295) с изменениями, которые внесены постановлением Правительства Российской Федерации от 15.09.2005 № 569 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2005, № 39, ст. 3953).
1.2. Настоящие нормативы действуют на территории Российской Федерации и устанавливают ориентировочно допустимые концентрации химических веществ в почве разного характера землепользования.
1.3. Нормативы распространяются на почвы населенных пунктов, сельскохозяйственных угодий, зон санитарной охраны источников водоснабжения, территории курортных зон и отдельных учреждений.
1.4. Настоящие нормативы разработаны расчетным методом. Величины ОДК для химических веществ природного происхождения, повсеместно присутствующих в почвах, продуктах питания и воде, обоснованы для трех ассоциаций основных почв Российской Федерации по их устойчивости к химическому загрязнению.
1.5. ОДК устанавливаются на три года, после чего они должны пересматриваться или заменяться экспериментально обоснованными ПДК.
II. Ориентировочные допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве (валовое содержание)
|
Наименование вещества |
Группа почв |
Величина ОДК (мг/кг) с учетом фона (кларка) |
||||
|
Аверсектин С (смесь 8 авермектинов А1а, А2а, В1а, В2а, А1в, А2в, В1в, В2в) /по авермектину В1а/ |
Для всех типов почв |
|||||
|
а) песчаные и супесчаные |
||||||
|
< 5,5 |
||||||
|
в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), pH KCl > 5,5 |
||||||
|
а) песчаные и супесчаные |
||||||
|
б) кислые (суглинистые и глинистые), pH KCl < 5,5 |
||||||
|
в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), pH KCl > 5,5 |
||||||
|
а) песчаные и супесчаные |
||||||
|
б) кислые (суглинистые и глинистые), pH KCl < 5,5 |
||||||
|
в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), pH KCl > 5,5 |
||||||
|
а) песчаные и супесчаные |
||||||
|
б) кислые (суглинистые и глинистые), pH KCl < 5,5 |
||||||
|
в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), pH KCl > 5,5 |
||||||
|
а) песчаные и супесчаные |
||||||
|
б) кислые (суглинистые и глинистые), pH KCl < 5,5 |
||||||
|
в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), pH KCl > 5,5 |
||||||
|
а) песчаные и супесчаные |
||||||
|
б) кислые (суглинистые и глинистые), pH KCl < 5,5 |
||||||
|
в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), pH KCl > 5,5 |
Примечания к разделу II
Названия индивидуальных веществ в алфавитном порядке приведены, где это было возможно, в соответствии с правилами Международного союза теоретической и прикладной химии ИЮПАК (International Union of Pure Applied Chemistry, IUРАС) (графа 2) и обеспечены регистрационными номерами Chemical Abstracts Service (CAS) (графа 3) для облегчения идентификации веществ.
В графе 4 приведены формулы веществ.
Величины нормативов приведены в миллиграммах вещества на килограмм почвы (мг/кг) - графа 6 - для их валовых форм содержания в почве.
Величины ОДК, разработанные для химических веществ природного происхождения, повсеместно присутствующих в почвах, продуктах питания и воде, обоснованы для трех литогеохимических групп почв. В основу группировки положены основные свойства почв, определяющие их буферность, в том числе устойчивость к химическому загрязнению. Это гранулометрический состав, кислотно-щелочные свойства, преобладающие в тех или иных почвах. Также принято во внимание распределение основных геохимических ассоциаций почв на территории России.
Наибольшую площадь распространения имеют почвы с кислой реакцией среды (рН KСl < 5,5) и почвы, близкие к нейтральной и с нейтральной средой (рН KСl > 5,5). В типовом отношении в эти две ассоциации, занимающие 60-70 % площади России, войдут практически все подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные почвы и черноземы, включая их окультуренные варианты. Отдельно выделена группа песчаных и супесчаных почв, обладающих наименьшей устойчивостью к загрязнению химическими веществами.
Принятые ОДК позволяют дифференцированно подходить к оценке эколого-гигиенического состояния почв, расположенных в различных регионах России.
Для удобства пользования нормативами приведен указатель формул веществ (прилож. 1) и номеров CAS (прилож. 2).
1. Определение концентраций аверсектина С в воздухе и почве: МУК 4.1.1795а - 4.1.17956-03.
2. Методика выполнения измерения массовой доли кислоторастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом: РД 52.18.191-89 /ГКГМ СССР. М., 1990.
3. Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве: № 2264-80 от 30.10.80 /МЗ СССР. М., 1980.
4. Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве (ПДК): № 2546 от 30.04.82 /МЗ СССР. М., 1982.
5. Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве (ПДК): № 3210-85 от 01.01.85.
6. Санитарные нормы допустимых концентраций химических веществ в почве: СанПиН 42-128-1433-87 /МЗ СССР. М., 1988.
7. Фомин Г.С, Фомин А.Г. Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам: Справочник. М.: Протектор, 2001. 304 с.
8. Практикум по агрохимии /Под ред. акад. РАСХН В. Г. Минеева. М.: МГУ, 2001.
Приложение 1 (справочное)
Указатель формул веществ и их порядковые номера в таблице
Показатели ПДК воды, мг/дм3 неорганических веществ
ПДК тяжелых металлов в питьевой воде, мг/л
| 1. Медь (Cu) | 1,0 |
| 2. Цинк (Zn) | 1,00 |
| 3. Марганец (Mn) | 0,10 |
| 4. Никель (Ni) | 0,10 |
| 5. Свинец (Pb) | 0,03 |
| 6. Хром (Cr) | 0,50 |
| 7. Фтор (F) | 1,50 |
| 8. Кадмий (Cd) | 0,001 |
| 9. Мышьяк (As) | 0,05 |
| 10. Кобальт (Co) | 0,10 |
| 11. Ртуть (Hg) | 0,005 |
| 12. Железо (Fe) | 0,50 |
| 13. Бор (B) | 0,50 |
| 14. Стронций (Sn) | 7,00 |
| 15. Бром (Br) | 0,20 |
| 16. Молибден (Mo) | 0,25 |
| 17. Серебро (Ag) | 0,05 |
| 18. Алюминий (Al) | 0,50 |
| 19. Йод (J) | нет |
| 20. Фосфор (P) | - |
| 21. Селен (Se) | 0,01 |
| 22. Золото (Au) | нет |
| 23. Платина (Pt) | нет |
| 24. Сурьма (Sb) | 0,05 |
| 25. Олово (Sn) | нет |
| 26. Цирконий (Zr) | нет |
| 27. Уран (U) | нет |
| 28. Барий (Ba) | 0,10 |
| 29. Бериллий (Be) | 0,0002 |
| 30. Литий (Li) | 0,03 |
| 31. Ванадий (V) | 0,10 |
| 32. Вольфрам (W) | 0,05 |
| 33. Титан (Ti) | 0,10 |
| 34. Рубидий (Rb) | нет |
| 35. Цезий (Cs) | нет |
| 36. Радий (R) | нет |
Приложение 26
| 1. Алюминий (Al) | 0,50 |
| 2. Бериллий (Bе) | 0,0002 |
| 3. Бор (В) | 0,50 |
| 4. Бром (Br) | 0,20 |
| 5. Ванадий (V) | 0,10 |
| 6. Висмут (Bi) | 0,10 |
| 7. Йод (J) | нет |
| 8. Кадмий (Cd) | 0,001 |
| 9. Кобальт (Co) | 0,10 |
| 10. Литий (Li) | 0,03 |
| 11. Марганец (Mn) | 0,10 |
| 12. Медь (Cu) | 1,0 |
| 13 Молибден (Mo) | 0,25 |
| 14.Мышьяк (As) | 0,05 |
| 15. Никель (Ni) | 0,10 |
| 16. Ниобий (Nb) | 0,01 |
| 17. Олово (Sn) | нет |
| 18. Роданицы (SCN) | 0,10 |
| 19. Ртуть (Hg) | 0,0005 |
| 20. Свинец (Pb) | 0,03 |
| 21.Селен (Se) | 0,01 |
| 22. Стронций (Sr) | 7,0 |
| 23. Сурьма (Sb) | 0,06 |
| 24. Титан (Ti) | 0,10 |
| 25. Уран (U) | нет |
| 26. Фосфаты (Po 4) | 3,50 |
| 27. Фтор (F) | 1,50 |
| 28. Хром (Cr 2) | 0,10 |
| 29. Хром (Cr 6) | 0,05 |
| 30. Хром (Cr 3) | 0,50 |
| 31. Цианиды (CN) | 0,10 |
| 32. Цинк (Zn) | 1,0 |
| Органические вещества | |
| 1. Бензол 2. Кислоты 3. Пропилбензол 4. Толуол 5. Этилен бензол 6. БПК (полное биологическое потребление кислорода 7. Гумусовые кислоты 8. Нефть 9. Бензин 10. Керосин | 0,50 0,05 0,20 0,50 0,01 3,0 3,7 0,1-0,3 0,10 0,01-0,50 |
Приложение 27
| Химические элементы | Авторы | |||
| Обухов А.И. 1988 г. | Алексеев Ю.В. 1987 г. | Гончарук, Сидоренко, 1986 г. | A.Klocke | |
| Свинец | 20 (фон 12) | 20 (фон 12) | 20 (фон 12) | |
| Ртуть | 2,1 | 2,1 | 2,1 | |
| Медь | - | |||
| Хром | - | - | - | |
| Марганец | - | - | ||
| Мышьяк | ||||
| Никель | ||||
| Цинк | - | |||
| Ванадий | - | |||
| Кадмий | - | |||
| Хром (6 валент) | - | 0,05 | 0,05 | |
| Хром (3 валент) | - | - | - | |
| Сурьма | - | - | - | |
| Бериллий | - | - | - | |
| Бор | - | - | - | |
| Фтор | - | - | - | |
| Кобальт | - | - | - | |
| Олово | - | - | - | |
| Селен | - | - | - | |
| Молибден | - | - | - |
Приложение 28 справочное
Предельно допустимые концентрации (ПДК)
химических веществ в почвах и допустимые уровни
| Наименование веществ | ПДК, мг/кг почвы с учетом фона | Показатели вредности | |||||||
| Транслокационный (накопление в растениях) | миграционный | общесани- тарный | |||||||
| водный | воздушный | ||||||||
| Подвижные формы | |||||||||
| Медь | 3,0 | 3,5 | 72,0 | - | 3,0 | ||||
| Никель | 4,0 | 6,7 | 14,0 | - | 4,0 | ||||
| Цинк | 23,0 | 23,0 | 200,0 | - | 37,0 | ||||
| Кобальт | 5,0 | 25,0 | Более 1000 | - | 5,0 | ||||
| Фтор | 2,8 | 2,9 | 72,0 | - | - | ||||
| Хром | 6,0 | - | - | - | - | ||||
| Воднорастворимые формы | |||||||||
| Фтор | 10,0 | 10,0 | 10,0 | - | 25,0 | ||||
| Валовое содержание | |||||||||
| Сурьма | 4,5 | 4,5 | 4,5 | - | 50,0 | ||||
| Марганец | 1500,0 | 3500,0 | 1500,0 | - | 1500,0 | ||||
| Ванадий | 150,0 | 170,0 | 230,0 | - | 150,0 | ||||
| Марганец+ванадий | 1000+100 | 1500+150 | 2000+200 | - | 1000+100 | ||||
| Свинец | 30,0 | 35,0 | 260,0 | - | 30,0 | ||||
| Мышьяк | 2,0 | 2,0 | 15,0 | - | 10,0 | ||||
| Ртуть | 2,1 | 2,1 | 33,3 | 2,5 | 5,0 | ||||
| Свинец+ртуть | 20,0+1,0 | 20,0+1,0 | 30,0+2,0 | - | 30,0+2,0 | ||||
| Медь | ориентировочно | - | - | - | - | ||||
| Никель | ориентировочно | - | - | - | - | ||||
| Цинк | ориентировочно | - | - | - | - | ||||
| Хлористый калий (К 2 О) | 560,0 | 1000,0 | 560,0 | 1000,0 | 3000,0 | ||||
| Нитраты | 130,0 | 180,0 | 130,0 | - | 325,0 | ||||
| Бензапирен (БП) | 0,02 | 0,2 | 0,5 | - | 0,02 | ||||
| Бензол | 0,3 | 3,0 | 10,0 | 0,3 | 50,0 | ||||
| Толуол | 0,3 | 0,3 | 100,0 | 0,3 | 50,0 | ||||
| Изопропилбензол | 0,5 | 3,0 | 100,0 | 0,5 | 50,0 | ||||
| Альфаметилстирол | 0,5 | 3,0 | 100,0 | 0,5 | 50,0 | ||||
| Стирол | 0,1 | 0,3 | 7100,0 | 0,1 | 1,0 | ||||
| Ксилоды (орто-, мета-, пара-) | 0,3 | 0,3 | 100,0 | 0,4 | 1,0 | ||||
Продолжение приложения 28
Приложение 29
Отнесение химических веществ, попадающих в почву,
и выбросов, сбросов, отходов к классам опасности
Приложение 30
ПДК тяжелых металлов в поверхностном слое почв, мг/кг,
считающиеся предельными в отношении фитотоксичности
| Элемент | Ковальский В. 1974 | El-Basson 1977 | Linzon liazon S. | Kobata-Pendias | Klocke A. | Kitagish K. |
| Ag | ||||||
| As | ||||||
| B | ||||||
| Be | ||||||
| Br | ||||||
| Cd | ||||||
| Co | ||||||
| Cr | ||||||
| Cu | ||||||
| Fe | ||||||
| Hg | 0.03 | |||||
| Mo | ||||||
| Mn | ||||||
| Ni | ||||||
| Pb | ||||||
| Sb | ||||||
| Se | ||||||
| Sn | ||||||
| Ti | ||||||
| V | ||||||
| Zn |
