Свинец. Содержание свинца в воздухе, воде, почве. Его влияние на живые организмы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Астраханский государственный университет»

Химический  факультет

Кафедра аналитической и физической химии

«Свинец.

Содержание  свинца в воздухе, воде, почве.

Его влияние  на живые организмы» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Работу  выполнил

студент гр. ДХО-61

Сулоева О. Е. 

Работу  проверил

Алыкова Т.В. 
 
 
 

Астрахань, 2011г. 
Содержание

Введение

       Свине́ц — элемент главной подгруппы четвёртой группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 82. Обозначается символом Pb (лат. Plumbum). Простое вещество свинец (CAS-номер: 7439-92-1) — ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета.

       Содержание  свинца земной коре свинца — 0,0016 % по массе. Содержание в морской воде 0,03 мкг/л. Разные изотопы свинца являются конечными  продуктами распада урана и тория, так что содержание свинца в земной коре медленно увеличивалось в течение миллиардов лет. Свинец (урановый) частично концентрируется в пегматитах. Обычный свинец концентрируется лишь в контактово-метасоматических и гидротермальных образованиях.

       Известно  много рудных месторождений, богатых  свинцом, причем металл легко выделяется из минералов. В природе известно 180 минералов свинца. Многие из них имеют гипергенное происхождение. Основные — галенит (свинцовый блеск) PbS и продукты его химических превращений — англезит (свинцовый купорос) PbSO₄ и церуссит («белая свинцовая руда») PbCO₃. Реже встречаются пироморфит («зелёная свинцовая руда») PbCl₂·3Pb₃(PO₄)₂, миметит PbCl₂·3Pb₃(AsO₄)₂, крокоит («красная свинцовая руда») PbCrO₄, вульфенит («желтая свинцовая руда») PbMoO₄, штольцит PbWO₄. В свинцовых рудах часто находятся также другие металлы — медь, цинк, кадмий, серебро, золото, висмут и др. В месте залегания свинцовых руд этим элементом обогащена почва (до 1 % Pb), растения и воды.

       В сильноокислительной щелочной среде  степей и пустынь возможно образование  диоксида свинца — минерала платтнерита. И исключительно редко встречается самородный металлический свинец. Свинец всегда содержится в рудах урана и тория.

1. Свинцовое загрязнение окружающей среды

1.1 Источники загрязнения

1.1.1. Стационарные источники

       Загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями предприятиями промышленности определяется спецификой их производственной деятельности. Это непосредственное производство свинца и его соединений, попутное извлечение свинца из других видов сырья, содержащих свинец в виде примеси, использование свинца в производстве различной продукции и. т. д.

       Наибольшие  выбросы свинца в атмосферу происходит в следующих отраслях производства:

• металлургическая промышленность. Причем на долю цветной металлургии приходится 98% от общего выброса данной промышленности;
• машиностроение (производство аккумуляторов);
• топливно-энергетический комплекс (загрязнение среды обусловлено производством этилированных бензинов);
• химический комплекс (выбросы связаны с производством пигментов, сиккативов, специальных стекол, смазок, антидетонационных присадок к автомобильным бензинам, полимеризацией пластмасс и др.);
• стекольные предприятия;
• консервное производство;
• деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность
• предприятия оборонной промышленности;

       По  данным, в России в последние годы в связи с падением уровня производства, динамика выбросов свинца в атмосферу от стационарных источников имеет устойчивую тенденцию к снижению.

1.1.2 Нестационарные источники

       Огромное  влияние на загрязнение окружающей среды свинцом оказывает автотранспорт. Количество автомобилей, использующих газ в виде топлива, не превышает 2%. Доля грузовых автомобилей с дизельным двигателем составляет в среднем 28%, автобусов – примерно 63%.

       Использование этилированного бензина в авиации и ракетно-технической промышленности также оказывает не малое воздействие на  окружающую среду.

       К нестационарным источникам поступления  свинца в атмосферу следует отнести охотничий промысел и любительскую охоту (в частности загрязнение среды свинцовой дробью.) Оценочные расчеты свидетельствуют о том, что в целом по России ежегодно в водно-болотные угодья попадает до 1400т. свинца.

1.2 Предельно допустимые концентрации свинца

       Допустимый  еженедельный прием свинца для человека составляет 3 мг. Это основано на данных о токсичности для взрослых людей и на предположении, что поглощается только 10 % принятого с пищей свинца. Установленная величина не относится к грудным и маленьким детям, поскольку не известна степень отрицательного воздействия свинца на эту возрастную группу. ПДК свинца в воздухе так же, как и для ртути, составляет 0,003 мг/м3. Выброс свинца в Мировой океан 430—650 тысяч т/год. 

2. Загрязнение растительного и животного мира

       Увеличение  свинца в почве, как правило, но не всегда, ведет к его накоплению растениями. В соответствии с этим содержание свинца в растениях, выращенных в тяжелосуглинистых почвах, может достигать самой высокой отметки. (7 мг/кг).

       Боле  высокие концентрации свинца (до 1000 мг/кг) характерны для растительности на техногенно-загрязненных территориях. Так, например, в

       окрестностях  металлургических предприятий, рудников по добыче полиметаллов и, главным образом, вдоль автострад.

       Размеры зоны влияния автотранспорта на экосистемы сильно меняются. Ширина придорожных аномалий содержания свинца в почве может достигать 100-150м.

       Лесные  полосы вдоль дорого задерживают  в своих кронах потоки свинца от автотранспорта. В условиях города размеры свинцовых загрязнений определяются условиями застройки и структурой зеленых насаждений. В сухую погоду происходит накопление свинца на поверхности растений, но после обильных дождей значительная его часть (до 45%) смывается.

       На  загрязненных свинцом почвах безопаснее всего выращивать зерновые культуры. Возделывание в этих зонах овощей, кукурузы  на  силос, кормовых трав может оказаться рискованным.

       Аккумуляция свинца представителями животного  мира зависит от множества факторов и, в первую очередь, от их таксономической принадлежности.

       Подтверждена  прямая зависимость между уровнем  загрязнения атмосферного воздуха свинцом и степенью его накопления в организме теплокровных животных, обитающих рядом с металлургическими производствами. У беспозвоночных животных, имеющих твердые покровы, свинец в наибольшей степени концентрируется в них. У позвоночных животных свинец в наибольшей степени накапливается в костной ткани, у рыб - в гонадах, у птиц - в перьях, у млекопитающих - в головном мозге и печени.

       Систематические наблюдения за содержанием свинца в  тканях животных на территории России не проводились.

3. Свинец  в пищевом сырье  и продуктах питания

       Важнейшим источником свинца для человека служит питьевая вода. Доказано, что повышение содержания свинца в воде обуславливает, как правило, увеличение его концентрации в крови.

       В настоящее время в качестве гигиенического норматива утверждена ПДК свинца в питьевой воде на уровне 0,03 мг/л.

       Комитет экспертов ФАО/ВОЗ установил, что  допустимый еженедельный прием свинца составляет 3 мг на человека, или около 7 мг/кг массы тела. Эти значения были основаны на данных о токсичности для взрослых людей и на предположении, что поглощается только 10% принятого с пищей свинца. Было отмечено, что эта величина не относится к грудным и маленьким детям, так как неизвестна степень отрицательного влияния свинца на них и не могли быть установлены уровниприема.

       Экспериментально  доказаны факты аккумуляции свинца растениями, произрастающими на почвах, загрязненных выбросами промышленных предприятий. Концентрация свинца в таких растениях может превышать допустимые концентрации от 2 до 100 раз. Отмечено, что количество свинца на поверхности и внутри растений зависело от места, времени, направления ветров, регулярность осадков, свойств поверхности листьев и других причин.

       В растительное сырье, в том числе  зерно, овощи, плоды свинец попадает из почвы также с удобрениями, водой, частично вносится средствами химической защиты растений.

       Выхлопные газы, как уже говорилось, являются важнейшим источником свинца.

       Многие  данные свидетельствуют о резком возрастании содержания свинца в

       растениях, выросших по краям автострад (в среднем в 10 раз). При этом

       установлена прямая зависимость содержания свинца в плодах и ягодах от длительности воздействия выхлопных газов и плотности транспорта на дорогах.

       Следует обратить внимание на то, что речь идет в основном об их поверхности. При химическом анализе вымытых и невымытых плодов оказалось, что от 30 до 65% свинца удалялось путем обычной мойки.

       По  данным американских исследователей, основным источником свинца в консервированных продуктах является жестяные банки, которые используются для упаковки 10-15% консервной продукции. Использование свинцового припоя в швах банок и для закрытия выпускных отверстий было причиной попадания свинца в различные консервы, в том числе сгущенные молочные продукты для детского питания. В последние годы в связи с усовершенствованием методов пайки и закатки банок содержание свинца заметно снизилось. Однако при длительном хранении в жестяных банках продуктов, имеющих высокую кислотность - компотов, соков, маринадов, томатопродуктов - из-за частичной коррозии содержание свинца и других металлов может превышать ПДК. Например, при хранении разных видов консервов в жестяных банках в течение 24 мес. содержание свинца возросло в мясе в 2 раза, в горошке - в 4, в персиках - в 8 раз.

       Следует отметить, что соли свинца могут попадать в пищу в случаях, когда металлическая или керамическая посуда и оборудование покрыты эмалью, глазурью и другими материалами с повышенным содержанием свинца. Иногда источниками свинца являются также некоторые виды пищевого сырья, способного к сорбированию повышенных количеств тяжелых металлов, в том числе свинца. Это моллюски, креветки и другие морепродукты, особенно при обитании их в загрязненных водоемах. Интенсивное накапливание металлов наблюдается постоянно в грибах, а также в печени, почках и других внутренних органах животных по сравнению с мышечной тканью.

       Источниками избыточного загрязнения свинцом  винограда и вин служат свинцово-мышьяковистые  инсектициды (СМИ), применяемые на виноградниках. Например, исследование сухих вин, изготовленных на 14 винзаводах, показало, что при использовании СМИ на виноградниках содержание свинца в винах составило в среднем 0,31 мг/л. В аналогичных винах из винограда, выращенного без применения СМИ, содержание свинца не превышало 0,03 мг/л. В виноградных и яблочных винах, полученных из сырья, выращенного на виноградниках и в садах, где проводились обработки металлорганическими фунгицидами, содержание свинца колебалось в пределах 0,91-1,8 мг/л.

       В настоящее время в нашей стране для основных видов сырья и продуктов питания приняты следующие временные ПДК по свинцу:

• зерно, зернобобовые, мука - 0,5 (в сырье для производства детского и диетического питания - 0,3);
• овощи свежие и свежемороженые - 0,5;
• фрукты, ягоды свежие и свежемороженые - 0,4;
• консервы овощные в разной таре - 0,5-1,0;
• консервы фруктовые и ягодные - 0,4-1,0;
• продукты для детского питания - 0,05-0,3;
• вина и пиво -0,3.

       Было  отмечено, что в ходе технологического процесса при изготовлении разного рода консервов часто происходит нарастание содержания свинца в полуфабрикатах по сравнению с исходным сырьем. Особенно отчетливо этот процесс наблюдается при задержке продукта на линии.

       Очень важно учитывать, сколько свинца содержится в каждом из продуктов, атакже то, что при консервировании содержание свинца в продуктах увеличивается. 

       В воду свинец попадает различными путями. В свинцовых трубах и других местах, где возможен контакт этого металла с водой и кислородом воздуха, идут процессы окисления: 

       2Pb + O₂ + 2H₂O = 2Pb (OH)₂. 

       В подщелоченной воде свинец может  накапливаться в значительных концентрациях  в результате образования растворимых  плюмбитов: 

       Pb(OH)₂ + 2OH- = PbO₂- + 2H₂O. 

       Если  в воде присутствует СО₂, то это приводит к образованию довольно хорошо растворимого гидрокарбоната свинца.

       Ежегодное мировое потребление свинца составляет около 3 млн.тонн, из которых 40% используют для производства аккумуляторных батарей, 20% тетраэтил свинца (ТЭС) и тетраметил свинца — присадок к бензину, 12% —  в строительстве, 6% — для покрытия кабелей.

       Тетраэтил свинец (С₂Н₅)₄Pb и тетраметил свинец (CH₃)4Pb — это летучие ядовитые жидкие вещества, которые добавляют до сих пор как антидетонирующие присадки к бензинам. Поэтому выхлопы автомобилей — наиболее серьезный источник загрязнения окружающей среды свинцом.

       Концентрация  свинца в воздухе некоторых городов 5 мкг/см³ , и эта величина ежегодно увеличивается на 5%. Вдоль автомобильных дорог свинец абсорбируют растения (из воздуха, а не из почвы!), этот же процесс происходит при загрязнении поверхностных слоев вод. В воду свинец может попадать из загрязненных им почв.

       Еще совсем недавно при приготовлении  красок широко использовались свинцовые  пигменты. Для этих целей, в частности, употребляли такие соединения, как  хромат свинца PbCrO₄ (“желтый крон”) и ортоплюмбат свинца Pb₂PbO₄ (сурик). Известные свинцовые белила содержат основной карбонат свинца Pb(ОН)₂×2 PbCO₃.

4. Методы борьбы со свинцовым загрязнением

       Важнейшая проблема загрязнения воздуха —  выхлоп автомобильного двигателя и  очистка выхлопа. Если уменьшать количество Pb в присадках, то увеличивается выброс других загрязнителей (прежде всего СО). Тем не менее, во многих странах концентрация свинца в бензине снижена до 1 - 0,3 г/л. Однако даже 1 г Pb способен загрязнить на уровне ПДК около 1 400 000 м³ воздуха. Решается вопрос о заменителях тетраэтил свинца; конструирования принципиально новых двигателей, работающих на “не этилированном”, т.е. не содержащем свинцовых присадок бензине, либо потребляющих “альтерна-тивное” горючее.

       Ещё одна важная проблема — извлечение свинца из сточных вод (и его возвращение в производство).

       При отравлении свинцом применяют метод  хелатизации с использованием широко известного комплексообразователя  этилдиаминтетра ацетона (ЭДТА) или 2,3 — димеркаптопропанола. Свинец в этих случаях выводится с мочой в виде хелатов. Метод позволяет снизить процент летальных исходов у отравившихся детей с 70 до 5%.

5. Токсическое свойство свинца на организм человека

       Неорганические  соединения свинца (Pb²⁺) нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов, у детей вызывая умственную отсталость, заболевания мозга. Попадая в клетки, свинец дезактивирует ферменты. Свинец может заменять кальций в костях, становясь постоянным источником отравления. Органические соединения свинца еще более токсичны. Степень отравления свинцом определяют по концентрации его в крови. Безопасным уровнем содержания его считается (0,2 - 0,8) . 10 -4 %.

       При оценке воздействия свинца на здоровье человека широко используются методы биомониторинга, позволяющие оценить накопление свинца в биосредах - крови, волосах или зубах - и сопоставить полученные данные с рекомендуемыми, биологически допустимыми уровнями.

       Основным  показателем влияния свинца на состояние  здоровья является уровень его содержания в крови. Комитет экспертов ВОЗ посчитал возможным использование в качестве нормы величину 10 мкг/дл, при этом критерием являются изменения состояния высших психических функций.

       Исследования  связей между содержанием свинца в волосах и функциональным состоянием нервной системы показали, что при концентрации токсиканта 24,0± 14, 2 мкг/г регистрируется повышенная частота заболеваний ЦНС.

       Содержание свинца в зубах отражает процесс длительного накопления в костной системе, в которой хранится 95% всего запаса этого металла. Содержание свинца в норме (в постоянных зубах) составляет 13,1 ± 1,1 мкг/г; для сравнения, содержание его в зубах профессионально незанятого населения некоторых регионов России составляет 20-35 мкг/г, вблизи аккумуляторного завода в Санкт-Петербурге - 29,7 ± 1,3 мкг/г. Сходные данные получены и в Германии, а вот в Дании среднее содержание свинца в зубах у детей составило 10,7 мкг/г.

       Средние концентрации свинца в воздухе крупных  городов составляют 0,5 - 1 мкг/м3 при  ПДК 0,3 мкг/м3. В таких условиях в  организм взрослого человека поступает до 8 мкг в сутки, а в организм ребенка - до 2 мкг (по заключению экспертов ВОЗ, поступление свинца с воздухом не должно превышать 2,4 мкг/сут для взрослого и 0,6 мкг/сут для ребенка).

       Клиническая картина токсического действия свинца многообразна и во многом определяется содержанием токсиканта в крови.

       Наиболее  ранние токсические эффекты свинца проявляются в расстройствах  ЦНС. Чаще развивается астенический синдром, проявляющийся головными  болями, повышенной утомляемостью, ухудшением памяти, часты проявления вегетативной дисфункции с преобладанием парасимпатического тонуса.

       Свинцовая энцефалопатия описана впервые  еще в 1839 году Танкрелем де Пляншем  и проявляется упорными головными  болями, эпилептическими припадками, "свинцовым менингитом", а также нарушением речевой и слуховой функций. Для детей особенно важным является снижение показателя умственного развития IQ, а также изменение времени зрительно- и слухо-моторной реакции и двигательной активности. Вероятность поступления в вузы у детей с повышенным содержанием свинца в крови значительно ниже, чем у детей с концентрацией ниже 10 мкг/л.

       Свинец, попадающий в организм, через несколько  минут проникает в плазму крови  и быстро связывается с эритроцитами, вызывая нарушение порфиринового обмена, синтеза гема и активацию анаэробного гликолиза, усиливая агрегацию тромбоцитов. Угнетая ферменты синтеза гема, свинец вызывает гипохромную анемию, маркером которой является протопорфирин.

       При длительном контакте свинец активирует синтез эндогенной щавелевой кислоты, что приводит к изменениям в почечных канальцах. При дальнейшем поступлении свинца развивается хроническая необратимая нефропатия, переходящая в почечную недостаточность. Ее маркер - повышение содержания мочевой кислоты в моче (урикемия).

       Свинец  не обладает тропностью к сердечной  мышце, но при длительном поступлении  развивается брадикардия и повышается артериальное давление. Также подтверждено увеличение частоты случаев первичного бесплодия и невынашивания беременности. Частота рождений у женщин из группы риска детей с врожденными пороками развития составила 4,6 на 100 новорожденных. Наблюдаются неспецифические реакции со стороны ЖКТ.

       Вид медицинской помощи зависит от степени  поражения и дозы свинца:

• 0-9 мкг/дл в крови - лечение не требуется;
• 10-14 - диета с высоким содержанием пектиновых волокон, элиминационная гимнастика, препараты селена;
• 15-19 - энтеросорбция, препараты цинка и меди, антиоксиданты, цитопротекторы, ноотропы, элиминационная гимнастика;
• 20-30 - энтеросорбция, элиминационная гимнастика, корригирующая терапия, симптоматическое лечение;
• больше 30 - энтеросорбция, хелатная терапия, эфферентная терапия, симптоматическая терапия.

       После лечения обязательно консультирование пострадавшего, информирование его  об объективных источниках свинца. Отравление свинцом долговременно, оно редко может привести к ситуации, требующей экстренной госпитализации. Насторожить может такой симптом, как синева на деснах.

Заключение

       В ходе данного исследования удалось  выяснить, что источники загрязнения свинцом подразделяются на стационарные и нестационарные. К стационарным источникам относятся: металлургическая промышленность, машиностроение, топливно-энергетический комплекс и др. К нестационарным - мировой автомобильный парк, охота и др.

       Свинец вызывает ряд заболеваний: нарушение процессов кроветворения;

       повреждения печени, почек; нейкроскопические  эффекты. Также вызывает

       обширные  патологические изменения в нервной  системе, крови сосудах, активно влияет на синтез белка, энергетический обмен клетки и ее генетический аппарат.

       Для того чтобы уменьшить загрязнение  среды свинцом необходимо уменьшить использование этилированного бензина, т.к. этот бензин и является источником выбросов свинца в атмосферу. Также необходимо создать ряд установок, которые бы задерживали свинец, т.е. количество свинца оседало в этих установках.

       Естественной  такой установкой являются любые  виды растительности.

       Создание  хотя бы незначительных преград не намного, но уменьшило бы степень отравления свинцом населения нашей планеты.

       Таким образом, проблема загрязнения свинцом  атмосферы является в настоящее время весьма актуальной и для снижения риска заболеваемости населения необходимо предпринимать ряд мер как на правительственном, так и общенародном уровне.

Список  литературы

1. Гос. Комитет  РФ по охране окружающей среды. Давыдова С.В. «Доклад о свинцовом загрязнении окружающей среды и его влиянии на здоровье населения» -Зеленый мир – 1997 - №5
2. Завьялов А.В. КМА и здоровье детей. «Экология и жизнь», 1997 - № 4 ,1998 – № 1.
3. Николаев Л. А. Металлы в живых организмах.
4. Рувинова Э.И. Загрязнение среды свинцом и здоровье детей. «Биология»,1998 - № 8 (февраль)
5. В. Муцетони Свинец на цветах. «Юный натуралист», 1990 - № 10