Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Консервативные токсические вещества в водных экосистемах

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Вологодский государственный университет»

Факультет заочного и дистанционного образования

Кафедра водоснабжения и водоотведения

КУРСОВАЯ РАБОТА № 1

Дисциплина: «Водная экономика»

Тема: Консервативные токсические вещества в водных экосистемах

Содержание:

Стр.

Введение 3

Загрязнение вод металлами 4

Синтетические органические вещества 9

Пестициды 12

Синтетические поверхностно-активные вещества 14

Консервативные токсические вещества в водных экосистемах

Введение.

Водные экосистемы представляют собой один из самых важных источников жизни для всех живых организмов нашей планеты. Их загрязнение является причиной возникновения многих заболеваний, а также исчезновения некоторых видов растений и животных. Круговорот воды в природе является замкнутой экосистемой и первой подвергается загрязнениям морей, рек, океанов и искусственных водоемов, созданных человеком.

Вредные и токсичные вещества часто попадают из удобренной химикатами почвы, которые используются, в основном, в сельском хозяйстве в борьбе с насекомыми, сорняками и грибками, которые содержат в своем составе нитраты и фосфаты, разрушающие окружающую среду. Помимо этого, водные экосистемы загрязняются продуктами животноводческих ферм, такими, как антибиотики, гормоны для животных, которые попадают в почву и прилегающие воды.

К другой категории веществ, которые могут способствовать загрязнению водной среды, являются те, которые приходят из постоянно развивающихся отраслей. В частности, к ним относятся такие вредные соединения, как цинк, кадмий, свинец и кислотные дожди, которые заполняют атмосферу газами от сжигания такого ископаемого топлива, как уголь и нефть.

Вещества природного происхождения, образовавшиеся в результате естественных процессов в прошлом (компоненты нефти) и образующиеся в настоящее время (бенз(а)пирен), вызывают достаточно тяжелые негативные последствия для окружающей среды и человека.

Среди веществ, поступающих в природные воды, консервативны, т. е. практически не трансформируются биотой, три класса веществ: тяжелые металлы, пестициды и синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), входящие в состав синтетических моющих средств (СМС), или детергентов. Не перерабатываясь организмами, эти вещества, способны накапливаться в их тканях и аккумулироваться в пищевых цепях (рис. 1).

Загрязнение вод металлами.

Металлы принадлежат к числу главных неорганических загрязнителей пресных и морских вод. Это, в основном, соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути. Острота проблемы загрязнения водной среды токсичными металлами определяется:

высокой концентрацией соединений тяжелых металлов в прибрежных

районах океана и внутренних морях;

образованием высокотоксичных металлоорганических комплексов, которые как включаются в абиотический компонент экосистемы, так и поглощаются гидробионтами;
накоплением металлов гидробионтами в дозах, опасных для человека.

Источники поступления

Основные источники поступления токсичных металлов в водную среду – прямое загрязнение и сток с суши. Только воды рек ежегодно привносят в океан свыше 320 Мт железа. Кроме того, важная роль в загрязнении гидросферы металлами принадлежит атмосферному переносу. Главные пути поступления металлов в Мировой океан приведены в табл. 1.

Токсичность тяжелых металлов

Токсичность тяжелых металлов для планктона определяется тем, что планктонные организмы (особенно фильтраторы) концентрируют металлы, которые ввиду своей неразложимости сохраняются в живых тканях неограниченное время, способствуют гибели планктонтов, а с отмершим планктоном оседают в донных отложениях. Кроме того, что они аккумулируются организмами, они концентрируются в пищевых цепях, что во многом, но не во всем определяет разную токсичность металлов для разных групп

гидробионтов (табл. 2).

Мышьяк

Мышьяк широко распространен в содержащих фосфаты породах и соответственно встречается в виде примесей в фосфатных удобрениях или детергентах, производимых из этого сырья. Обычные формы мышьяка в природе: H3AsO3, As(OH)3, H3AsO4. Некоторое количество мышьяка используется в качестве пестицида в виде арсенатов натрия и меди для опрыскивания плодовых деревьев. Но основными антропогенными источниками мышьяка являются сжигание угля и выплавка металлов.

Свинец

Ежегодно добывается примерно 3,5 Мт свинца, а с учетом повторного извлечения из отходов производство свинца составляет 4,1 Мт·год-1. Загрязнение природных вод и воздуха свинцом происходит в результате процесса обжига и плавки свинцовых руд с целью получения металлического свинца, за счет выбросов отходов с производств, использующих свинец, а также при сжигании угля, древесины и других органических материалов, включая городские отходы. Кроме того, значительные количества свинца попадают в окружающую среду благодаря использованию свинцовых труб для водопроводов и свинцово-кислотных аккумуляторов.

Серьезными источниками загрязнения окружающей среды остаются алкильные соединения свинца. Количество свинца, ежегодно попадающего в океан в результате применения алкилсвинца в качестве антидетонатора дизельного топлива, оценивается в 25 кт.

Pb(CH₂CH₃)₄ добавляется в бензин, что позволяет двигателям работать при больших давлениях. В бензин добавляют также CH₂Cl–CH₂Cl и CH₂Br–CH₂Br. В результате сгорания топлива свинец попадает в атмосферу в виде аэрозольных частиц PbBrCl размером менее 2 мкм, попадающих в легкие и оседающих там. Общее содежание свинца в водах Мирового океана составляет 2,8 Мт при средней концентрации 2·10^-3 мкг·л^-1.

Ртуть

Ртуть относится к числу наиболее токсичных металлов, чаще других встречаемых в окружающей среде. Ртуть – один из самых редких элементов с очень низким содержанием в земной коре. Она встречается в природе в виде красного сульфида, циннабара, черного сульфида и в виде жидкой ртути.

В окружающую среду ртуть поступает как из природных источников, так и из источников техногенного происхождения. Природная ртуть попадает в биосферу из относительно глубоких слоев земной коры благодаря вулканической, гео- и гидротермальной активности.

Главные антропогенные источники ртути:

сжигание ископаемого топлива;
выбросы промышленных предприятий, из которых наиболее важны сбросы сточных вод с электролизных фабрик по производству хлорощелочей и едкого натра и предприятий, где сульфат ртути используется в качестве катализатора;
использование в сельском хозяйстве различных биоцидов, содержащих ртутные соединения.

Существуют бактерии, которые переводят минеральную ртуть в монометил (или метил) ртути (CH₃Hg⁺) (рис. 2). Ртуть токсична для фитопланктона, поэтому загрязнение ртутью существенно снижает первичную продукцию морских экосистем. Фито- и зоопланктон аккумулируют ртуть в широком диапазоне концентраций 30–3800 мкг·кг-1 сухой массы, показатель аккумуляции ртути может превышать 40 000.

Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов (особенно крабов и рыб).

Кадмий

В природе кадмий, как правило, ассоциирован с цинком и их разделение экономически нерентабельно. Кадмий широко используется в электронной промышленности, производстве пластмасс, красителей, растворителей.

Наиболее известно его использование в никеле-кадмиевых аккумуляторах.

В окружающей среде кадмий присутствует в виде двухвалентного иона, осаждаемого в виде карбоната:

Cd2+ + CO32- → CdCO3↓

В кислой среде ионы кадмия освобождаются:

CdCO3 + 2H+ → Cd2+ + CO2↑ + H2O

К основным антропогенным источникам поступления кадмия в окружающую среду относятся горнорудные и металлургические предприятия, а также сточные воды.

Кадмий – один из самых опасных токсикантов. Токсичность кадмия связана со схожестью его химических свойств с цинком. При этом он связывается с серой более прочно, чем цинк и, следовательно, вытесняет цинк из многих ферментов. Естественно, эти ферменты прекращают функционировать.

Синтетические органические вещества.

С середины ХХ в. во всем мире значительно увеличилось производство синтетических органических соединений. Если в 1950 г. в мире производилось 7 Мт, в 1970 – 63 Мт, то в 1985 – уже 250 Мт.

Хлорированные углеводороды

Наибольшую опасность для окружающей среды представляют ксенобиотики – антропогенно синтезированные вещества чуждые биосфере, в том числе высокомолекулярные органические вещества, такие как хлорированные углеводороды.

В состав группы хлорированных углеводородов входит не-

сколько основных классов:

хлорированные бифенилы – смесь бифенилов, частью или полностью замещенных атомами хлора (ПХБ);
алифатические хлорированные углеводороды, включающие циклические н(апример, гексахлорциклогексан (ГХГЦ)) и нециклические (например, дихлорэтан) углеводороды;
ароматические хлорированные углеводороды (ДДТ, гексахлорбензолы (ГХБ));
хлорированные продукты диенового синтеза (альдрины, дильдрин).

Большая часть этих соединений до сих пор используется разными странами как пестициды: гексахлорбензолы (ГХБ), гексахлорциклогексаны (ГХЦГ), особенно г-изомер (линдан), ДДТ.

Наиболее изучены среди хлорированных углеводородов ПХБ, поскольку они представляют особый интерес по следующим причинам: большие масштабы производства и широкое применение в промышленных и бытовых материалах; высокая устойчивость к биодеградации и, следовательно, способность к биоаккумуляции; токсичность.

ПХБ применяют в качестве диэлектриков в трансформаторах и крупных конденсаторах, в системах теплопередачи и гидравлических системах, они входят в состав смазочных и охлаждающих масел, пестицидов, а также используют в качестве пластификаторов в красителях, в копировальной бумаге, клеях, замазках и пластических массах.

Пестициды.

Пестициды – необходимый компонент современного сельского хозяйства. Мировые потери урожая от болезней, вредителей, сорняков составляют:

зерновых – 510 Мт;
сахарной свеклы – 569 Мт;
сахарного тростника – 567 Мт;
картофеля – 129 Мт.

Без применения пестицидов урожайность в мире снизилась бы:

для картофеля – на 37 %;
для капусты – на 22 %;
для яблок – на 10 %;
для персиков – на 9 %.

Для борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур сначала использовали вещества, содержащие тяжелые металлы, такие как свинец, мышьяк и ртуть. Эти неорганические соединения называют пестицидами первого поколения.

Современные пестициды представляют собой большую группу органических веществ, токсичных для разного рода нежелательных организмов. По механизму биологического действия они подразделяются на: зооциды; инсектициды; эпициды; акарициды; родентициды; лимациды; нематоциды; фунгициды; бактерициды; гербициды; дефолианты; дефлоранты; десиканты (для высушивания листьев на корню); фумиганты (для окуривания угодий или помещений); ретарданты (для регуляции роста и развития расте-

ний); репелленты (для отпугивания насекомых, грызунов); аттрактанты (для привлечения насекомых с последующим уничтожением).

Сегодня в мире в среднем на 1 га наносится 300 г химических средств защиты растений.

Оказалось, что использование органических пестицидов связано с целым рядом проблем. Их можно разделить на четыре категории:

развитие устойчивости у вредителей;
возрождение вредителей и вторичные вспышки численности;
рост затрат;
нежелательное воздействие на окружающую среду.

ДДТ (дихлордифенитилтрихлорэтан)

В поисках средства борьбы с вредителями швейцарский химик Пауль Мюллер начал систематически изучать воздействие некоторых органических веществ на насекомых в 1930 г. К 1938 г. он натолкнулся на дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ), который впервые был синтезирован еще в 1874 г.:

ДДТ неожиданно стал веществом, чрезвычайно токсичным для насекомых и относительно безвредным для человека и других млекопитающих. Он обладал широким спектром действия, т. е. его можно успешно использовать против очень многих видов насекомых-вредителей. Кроме того, ДДТ оказался стоек, т. е. с трудом разрушался в окружающей среде и обеспечивал продолжительную защиту от вредителей. Это его свойство давало дополнительную экономию, так как отпадала необходимость в затратах труда и материала на неоднократные обработки.

В первое время ДДТ был настолько эффективен, что снижение численности вредителей во многих случаях привело к резкому росту урожаев. Стало возможным выращивать менее устойчивые к вредителям, но более урожайные сорта, распространить некоторые культуры в новые климатические зоны, где ранее они были бы погублены насекомыми.

Из-за широкого спектра инсектицидного действия ДДТ стал эффективным средством борьбы с насекомыми, переносящими инфекции.

В 1948 г. Пауль Мюллер, вполне заслуженно, получил за свое открытие Нобелевскую премию. В 1970-е гг. когда выяснилось, что ДДТ благодаря своей устойчивости быстро накапливается в пищевых цепях и опасен для людей, использование ДДТ было запрещено в большинстве развитых стран.

Синтетические поверхностно-активные вещества.

В настоящее время СПАВ – одни из самых распространенных химических загрязнителей водоемов. Они поступают в водные объекты в результате их широкомасштабного применения с бытовыми, промышленными и сельскохозяйственными стоками. В сельском хозяйстве поверхностно-активные вещества используются для эмульгирования пестицидов. В подземные воды поверхностно-активные вещества попадают в результате применения почвенных методов очистки сточных вод, при пополнении запа-сов подземных вод из открытых водоемов и при загрязнении почвы этими веществами.

Поверхностно-активные вещества – «экологически жесткие» вещества. На их окисление расходуется много растворенного кислорода, который, таким образом, отвлекается от процессов биологического окисления. Кроме этого косвенного вреда, детергенты оказывают и прямое токсическое действие на водных животных. Они нарушают функции биологических мембран. Это вызывает жаберные кровотечения и удушье у рыб и беспозвоночных

животных. Для теплокровных они усиливают токсическое и канцерогенное влияние других загрязняющих веществ.

Заключение.

В наше время исследование качества воды необходимо для безопасности людей, однако этот процесс не является безопасным для окружающей среды.

Кроме того, вырубка лесов и строительство дренажных траншей способствует выпуску в водные экосистемы химических веществ, таких, как кадмий, железо и алюминий. В то же время вредные вещества, которые во время вырубки леса или дождя проникают непосредственно в воду, загрязняют ее такими соединениями, как зола, сажа, диоксид серы, оксид азота, азотной кислоты, серной кислоты и др.

Для того чтобы попасть в воду, вещество должно находиться в жидком или твердом виде. Как бы то ни было, в любом случае эти вещества отрицательно влияют на жизнь организмов и круговорот воды в природе.

Консервативные токсические вещества в водных экосистемах 📙 Курсовая → 🆔 107699