Загрязнение окружающей среды свинцом как глобальная экологическая проблема

Введение

Роль металлов в развитии и становлении технической культуры человечества исключительно велика. Твердость, пластичность, ковкость сделали их незаменимым материалом для изготовления орудий труда и производства. Исторически сложившиеся названия «Бронзовый век», «Железный век» говорят о сильном влиянии металлов и их сплавов на все направления развития производства.

И в нашей повседневной практике мы ежеминутно сталкиваемся с металлами. Выглянув на улицу, мы видим сотни автомашин, каждая из которых сделана из металлов. Мы видим металлические тросы, мосты, рельсы, трамваи, поезда и, наконец, самолеты, в конструкции которых использованы алюминий, железо, медь, хром, ванадий, титан… Везде металлы!…

Ну и в нас самих есть металлы. Они используются для осуществления различных процессов в организме. Но не всегда металлы являются необходимыми. Многие из них даже являются для организма опасными. Так, например, свинец – металл, который при контактах с кожей и при попадании в организм вызывает наибольшее количество тяжелейших заболеваний. Соединения тяжелых металлов имеют замедленное действие в основном на центральную нервную систему.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединений тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу.

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

Загрязнение окружающей среды свинцом как глобальная экологическая проблема

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.

Свинец и многие его соединения используются в промышленности для изготовления некоторых сплавов, аккумуляторов, припоев, химической аппаратуры, защитных средств от ионизирующего излучения, в производстве хрусталя, а также в качестве красок (свинцовые белила), глазури для гончарных изделий и пр. Возможно отравление свинцом в быту при употреблении пищевых продуктов, хранящихся в посуде, покрытой изнутри свинцовой глазурью, а также при употреблении консервов, хранящихся в банках с добавлением свинца.

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, точнее 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.

Огромное влияние на загрязнение окружающей среды свинцом оказывает автотранспорт. По данным в России приблизительно насчитывается 20,9 млн. автомобилей. Количество автомобилей, использующих газ в виде топлива, не превышает 2%. Доля грузовых автомобилей с дизельным двигателем составляет в среднем 28%, а автобусов – примерно 63%. Попадая в организм, свинец накапливается во многих органах и тканях, создавая депо: большая часть его откладывается в костях, вытесняя соли кальция из костной ткани. Кроме того, он депонируется в мышцах, печени, почках, селезенке, головном мозге, сердце и лимфатических узлах. Из депо свинец выделяется медленно, иногда в течение нескольких лет после прекращения контакта с ним. Для свинцовой интоксикации характерна так называемая «свинцовая колика», характеризующаяся резким спазмом сосудов, повышением артериального давления, спастико-атоническими явлениями в кишечнике, появлением судорожных припадков. Характерным также является развитие гипохромной анемии.

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 1400 тонн свинца.

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). Более 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 100-150 м. Лесные полосы вдоль дорог 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.

Опасность свинца для человека определяется его значительной токсичностью и способностью накапливаться в организме. Различные соединения свинца обладают разной токсичностью: малотоксичен стеарин свинца; токсичны соли неорганических кислот (хлорид свинца, сульфат свинца и др.); высокотоксичны алкилированные соединения, в частности, тетраэтилсвинец. Однако на практике, как правило, анализируется только общее содержание свинца в различных компонентах окружающей среды, продовольственном сырье и пищевых продуктах.

В организм человека большая часть свинца поступает с продуктами питания (от 40 до 70% в разных странах и по различным возрастным группам), а также с питьевой водой, атмосферным воздухом, при курении, при случайном попадании в пищевод кусочков свинец содержащей краски или загрязненной свинцом почвы.

С атмосферным воздухом поступает незначительное количество свинца – всего 1-2%, но при этом большая часть свинца абсорбируется в организме человека. В атмосферном воздухе большинства городов среднегодовая концентрация варьирует в пределах 0,01-0,05 мкг/м3. В таких условиях живет ориентировочно до 44 млн. горожан. Около 10 млн. человек проживает в городах с более высоким содержанием свинца – от 0,1 до 0,2 мкг/м3.

Более высокие концентрации свинца в атмосферном воздухе обнаружены при проведении специальных исследований в городах с крупными промышленными источниками эмиссии свинца – Белово, Владикавказ, Гусь-Хрустальный, Екатеринбург и др. В этих городах проживает ориентировочно 2,5 млн. горожан.

В питьевой воде различных стран мира содержание свинца изменяется в пределах 1-60 мкг/л и в большинстве европейских стран не превышает 20 мкг/л. В России данные о содержании свинца в питьевой воде крайне немногочисленны. В питьевой воде его содержание варьирует в пределах 0,7-4 мкг/л. Возможно, что существует проблема загрязнения питьевых вод в районах расположения плавильных заводов или мест складирования промышленных отходов с высоким содержанием свинца.

Загрязненная свинцом почва является источником его поступления в продовольственное сырье и непосредственно в организм человека, особенно детей. Наиболее высокие концентрации свинца обнаруживаются в почве городов, где расположены предприятия по выплавке свинца, производству свинецсодержащих аккумуляторов или стекла.

В продовольственное сырье и пищевые продукты свинец может поступать из почвы, воды, воздуха, кормов сельскохозяйственных животных по ходу пищевой цепи. Кроме того, определенное значение имеет и возможность прямого загрязнения при производстве готовых изделий. Наиболее высокие уровни содержания свинца отмечаются в консервах в жестяной  таре, рыбе свежей и мороженной, пшеничных отрубях, желатине, моллюсках и ракообразных. Высокое содержание свинца наблюдается в корнеплодах и других растительных продуктах, выращенных на землях вблизи промышленных районов и вдоль дорог.

По данным о потреблении продуктов питания в РФ, на основании материалов бюджетных обследований семей установлено, что расчетное поступление свинца в среднем 1,25 мг на одного чел. в неделю. В некоторых промышленных городах поступление свинца с продуктами питания несколько выше: у 10% обследуемого населения превышает величину 2 мг/чел. в неделю.

В России постепенно увеличивается численность контингентов, имеющих профессиональный контакт со свинцом. По данным Российского информационно-аналитического центра Госкомсанэпиднадзора России, случаи хронической свинцовой интоксикации зафиксированы в 14 отраслях промышленности России.

Свинец вызывает обширные патологические изменения в нервной системе, крови сосудах, активно влияет на синтез белка, энергетический обмен клетки и ее генетический аппарат. Он угнетает окисление жирных кислот, нарушает белковый, липидный и углеводный обмены, способен занимать кальций в костях. Свинец нарушает деятельность сердечно-сосудистой системы, вызывая изменения электрической и механической активности сердечной мышцы, морфологические и биохимические изменения в миокарде с признаками сосудистой дегенерации, повреждения мышечной стенки сосудов и нарушение сосудистого тонуса.

Свинцовые отравления весьма различны в проявлениях и включают психическое возбуждение, тревогу, ночные кошмары, галлюцинации, нарушение памяти и интеллекта с симптоматикой распада личности. Очень опасны неврологические нарушения у детей – гиперактивность, ухудшение показателей психического развития, снижение работоспособности к обучению. Отравления свинцом и его солями вызывает поражение десен, расстройство кишечника заболевания почек. Соединения свинца обладают канцерогенностью и генотоксичностью - они могут вызвать мутации, нарушая третичную структуру и функции ферментов синтеза и репарации ДНК.

По результатам официальной статистики среди профессиональных интоксикаций свинцовая занимает первое место.

Среди рабочих, страдающих от воздействия свинца, около 40% составляют женщины. Для женщин свинец представляет особую опасность, так как этот элемент обладает способностью проникать через плаценту и накапливаться в грудном молоке.

Основным показателем воздействия свинца на здоровье детей является уровень его содержания в крови, причем происходит постоянный пересмотр рекомендуемого нормативного содержания свинца в крови. Результаты ряда крупных международных и национальных проектов подтвердили, что при увеличении концентрации свинца в крови ребенка с 10 до 20 мкг/л происходит снижение коэффициента умственного развития (IQ).

У маленьких детей изменения психомоторных реакций связывают с повышенным поступлением свинца в организм при облизывании пальцев рук и игрушек, побывавших на загрязненной почве. Для детей школьного возраста характерно изменение показателя IQ. Влияние свинца проявляется также в изменениях двигательной активности, координации движений, времени зрительной и слухомоторной реакции, слухового восприятия и памяти. Эти изменения в психоневрологическом статусе ребенка возможны и в более старшем возрасте, что выражается в трудностях обучения и поступления в высшие учебные заведения.

При длительном поступлении свинца возникают также нефрологические эффекты. Так, среди детей дошкольного возраста, проживающих вблизи Саранского электролампового завода, являющегося источником загрязнения окружающей среды свинцом и ртутью, распространенность заболеваний мочевой системы в 3 раза выше, чем в контрольном районе этого же города.

Воздействия свинца вызывает определенные изменения в сердечно-сосудистой системе. Патогенез поражения сердца при действии свинца связывается с поражением митохондрий, в частности с ингибированием поглощения ионов кальция.

Среднее прогнозное содержание свинца в крови детей для городов, имеющих невысокое содержание свинца в окружающей среде близко к  контрольному нормативу (10 мкг/л). В городах с высоким содержанием свинца в окружающей среде этот норматив может быть превышен почти вдвое.

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

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 уровни приема.

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

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. Например, при хранении разных видов консервов в жестяных банках в течение 24 месяцев 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 США, 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 CМИ, содержание свинца не превышало 0,03 мг/л. В виноградных и яблочных винах бывшей Чехословакии, 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.

Свинец, как было уже выше сказано, оказывает пагубное влияние на все живые организмы, в том числе и на организм человека. При отравлениях свинцом возможен и летальный исход.

Заключение

Источники загрязнения свинцом можно подразделить 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.

Можно выделить несколько основных путей поступления свинца в организме: дыхательный, желудочно-кишечный (то есть через пищу).

Для того чтобы уменьшить загрязнение среды свинцом необходимо уменьшить использование этилированного бензина, так как это бензин и является источником выбросов свинца в атмосферу. Также необходимо создать ряд установок, которые бы задерживали свинец, то есть 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 использованной литературы:

1. Гарин В.М. Понятие о загрязнении окружающей среды. Классификация загрязнений: Экология для технич. вузов / Гарин В.М., Кленова И.А., Колесников В.И. – Ростов-н/Д., 2001. – гл.3. – с.52-66.
2. Аксенов И.Я., Аксенов В.И. Виды и источники загрязнений окружающей среды // Аксенов И.Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. – М., 1986. – гл.3. – с.16-21.
3. Лапкаев А.Г. Охрана воздушной среды России // Лапкаев А.Г. Экология. – Красноярск: СибГТУ, 1998. – гл.8.6. – с.298-313.
4. Свинец и здоровье детей // Энергия. – 1998. - № 7. – с.17.
5. Давыдова С.Л. Опасное загрязнение свинцом окружающей среды в России // Журнал органической химии. –1999. – Т 35, вып.1. – с.165-168.