Охрана окружающей среды от свинцового загрязнения

Человек издавна добывает свинец и использует его в различных сферах хозяйственной деятельности. Давно известно и негативное воздействие свинца на организм человека: уже во II в. до н. э. были описаны признаки сатурнизма — отравления свинцом.

Свинцовое загрязнение не признает никаких границ. Свинец перемещается от промышленных предприятий на территории целых городов. Трансграничному загрязнению свинцом подвержены практически все государства. Риск негативного его воздействия на людей простирается от рабочего, непосредственно соприкасающегося со свинцом в производственном процессе, до всего населения страны как через загрязнение окружающей среды, так и через потребительские товары, содержащие в своем составе свинец (краски, керамика, хрусталь и др. ).

На протяжении всего индустриального периода наблюдается неуклонный рост производства и потребления свинца. В 19^7 г. мировое его производство составило 5,92 млн. тонн (4-е место по группе цветных металлов после алюминия, меди и цинка), а потребление — 5,86 млн. тонн.

Свинец поступает в окружающую среду из антропогенных источников (выбросы промышленных предприятий и автомобильного транспорта), а также из природных источников (ветровая эрозия почвы, вулканическая деятельность, лесные пожары).

Загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями, как правило, связывают с автомобильным транспортом и деятельностью предприятий цветной металлургии.

Среди стационарных источников свинца предприятия цветной металлургии действительно занимают первое место. По данным Госкомстата России, вклад этой отрасли в свинцовое загрязнение атмосферного воздуха составляет 86,7 % (660 т в год).

Основной мобильный источник свинцового загрязнения окружающей среды — автомобильный транспорт, использующий этилированный бензин. В настоящее время в России насчитывается около 20 млн. автомобилей, а прирост парка автомобилей в среднем составляет около 12 % в год. Суммарное поступление свинца в атмосферу от автотранспорта на территории России оценивается в 4 тыс. тонн в год.

Помимо автотранспорта к существенным нестационарным источникам загрязнения окружающей среды свинцом относятся авиация, использующая свинецсодержащий бензин, и ракетно-космическая техника, выбрасывающие в атмосферу примерно 400 т свинца в год, а также охота, в результате которой в водно-болотные угодья страны ежегодно попадает до 1400 т свинцовой дроби.

Свинцовое отравление занимает первое место среди профессиональных интоксикаций.

Свинец представляет опасность для человека в связи с его значительной токсичностью и способностью накапливаться в организме. Токсичность соединений свинца различна: малотоксичен стеарат свинца; токсичны соли неорганических кислот (хлорид свинца, сульфат свинца и др. ); высокотоксичны его алкилированные соединения, в частности тетраэтилсвинец, использующийся в качестве антидетонационной присадки к бензинам.

Для взрослого некурящего населения основные источники поступления свинца в организм — продукты питания (до 80 %) и вода.

Значительно поступление свинца также при курении и с воздухом. Для маленьких детей источником поступления свинца могут быть также пыль, загрязненная почва и игрушки.

Наиболее высокое содержание свинца обнаружено в консервах в жестяной таре, рыбе, пшеничных отрубях, желатине, моллюсках и ракообразных, а также в корнеплодах, выращенных на землях вблизи промышленных районов и вдоль автомобильных дорог. Загрязнение продуктов в сборных жестяных банках объясняется тем, что припой, применяемый при сварке швов, содержит свинец, а используемые защитные покрытия не выдерживают агрессивной среды продуктов.

Свинец отрицательно действует на нервную систему человека, снижает его физическую активность, координацию, слух. Он воздействует на сердечно-сосудистую систему, что приводит к заболеваниям сердца, часто сопровождающимся необратимыми изменениями. Воздействие свинца нарушает репродуктивную функцию организма, в связи с чем растет число выкидышей и врожденных заболеваний у детей.

Самое опасное воздействие свинца — на детей. При современном уровне загрязнения окружающей среды и продуктов питания у 44 % детей в городах России могут возникнуть проблемы в поведении и обучении,обусловленные накоплением в организме свинца. Около 9 % из них нуждаются в лечении и примерно 0,01% детей нуждаются в неотложной медицинской помощи. Особенно тревожная ситуация сложилась в городах с крупными стационарными источниками выбросов свинца. Так, в г. Красноуральске среднее содержание свинца в крови детей достигло 13,1 ±0,5 мкг/дл при предельно допустимом значении 10 мкг/дл, у 76 % детей отмечается задержка психического развития.

Загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями, вызывающее деградацию среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, признано международным сообществом одной из основных природоохранных проблем.

О реальности угрозы свинцового загрязнения для России свидетельствуют материалы «Доклада о свинцовом загрязнении окружающей среды Российской Федерации и его влиянии на здоровье населения», подготовленного в 1996 г. Госкомэкологией России при участии заинтересованных федеральных органов исполнительной власти и представленного в правительство Российской Федерации.

В докладе подробно проанализированы причины возникновения проблемы, источники поступления свинца и его соединений в окружающую среду (в отраслевом и региональном аспектах), уровень загрязнения свинцом окружающей среды (по компонентам окружающей среды и видам природных ресурсов), влияние свинца на здоровье населения (пути поступления, содержание в биосредах, группы повышенного риска, воздействие на здоровье детей), законодательные, нормативные, экономические и институциональные основы решения проблемы.

Правительство Российской Федерации приняло предложение Госкомэкологии России о разработке целевой программы «Охрана окружающей природной среды от свинцового загрязнения и снижение его влияния на здоровье населения».

По своей функциональной ориентации разрабатываемая программа может быть отнесена к экологическим, однако в ней предусматриваются, как в структуре, так и в системе мероприятий, значительные подпрограммы (блоки, разделы, элементы) социальной, экономической, инновационной и научно-технической направленности.

К числу задач, подлежащих решению в ходе реализации программы, относятся:

• разработка на федеральном, региональном и отраслевом уровнях взаимоувязанных и объединенных в целостную систему организационных, управленческих, законодательных, нормативных, методических, экономических, контрольных и других регуляторов по решению проблемы свинцового загрязнения окружающей среды;

• полное прекращение производства и использования свинецсодержащих бензинов;

• эффективная реализация мероприятий по снижению выбросов (сбросов, отходов) свинца в различных отраслях промышленности на основе внедрения современных ресурсосберегающих и малоотходных технологий и утилизации производственных и бытовых свинецсодержащих отходов;

• проведение комплекса лечебно-профилактических и медико-биологических работ для снижения уровня заболеваемости населения, особенно детского, обусловленного свинцовым загрязнением окружающей среды;

• осуществление мер по исключению или снижению до безопасного уровня содержания свинца в продуктах питания, питьевой воде, товарах широкого потребления, таре и упаковке;

• восстановление загрязненных свинцом территорий;

• создание систем информационного обеспечения и мониторинга выбросов (сбросов, отходов) свинца и его соединений в окружающую среду.

Реализация программы рассчитана на 1999-2010 гг.

К основным результатам, которые должны быть достигнуты при реализации программы, относятся:

• осуществление эффективного контроля и мониторинга выбросов (сбросов, отходов) свинца в окружающую среду;

• снижение негативного воздействия свинца на окружающую среду и здоровье населения;

• восстановление загрязненных свинцом территорий;

• создание системы мероприятий по ограничению антропогенных выбросов (сбросов, отходов) свинца за счет внедрения экологически безопасных, ресурсосберегающих и малоотходных технологий.

Обнаружение свинца в предметах обихода

Обнаружение свинца в предметах обихода — одна из лабораторных работ, предлагаемых студентам колледжа Сан Джоз (штат Калифорния, США). Работа интересна тем, что имеет ярко выраженную практическую направленность и в то же время проста и может быть выполнена с использованием образцов и материалов, принесенных учащимися из дома.

Как известно, соединения свинца остаются одним из факторов загрязнения окружающей среды. Их основные источники — бытовые краски (правда, в США еще в 1978г. был запрещен промышленный выпуск красителей, содержащих свинец), глазурь на изделиях из керамики, хрусталь и бытовая пластиковая тара (точнее, красящие пигменты на ней).

Свинец особенно опасен для молодых организмов. По данным статистики, около 4 млн. детей в США страдают от последствий отравления свинцом. Его токсическое действие связано с подавлением воспроизводства гемоглобина и с дезактивацией энзимов в головном мозге и нервной системе. В зависимости от концентрации свинца в организме это приводит к патологии разной степени тяжести: от необучаемости детей до смертельных исходов.

Предлагаемый метод обнаружения свинца основан на реакции, в результате которой образуется желтый осадок иодида свинца(II). Анализируемый образец предварительно надо выдержать в уксусной кислоте, чтобы перевести содержащийся в нем свинец в растворимую форму.

Затем к полученному раствору ацетата свинца(II) добавляют иодид калия. Если при этом выпадет желтый осадок, значит, образец содержит свинец:

Рb(СН3СОО)2 + 2КI -> Pb2 + 2СН3СООК.

(бесцветный (желтый раствор) осадок)

Если осадок не выпадет, значит, образец не содержит свинца в ощутимых количествах. Чувствительность метода — 0,1 мг Рb2+ в 5 мл раствора. Между первой и второй операцией необходимо полностью удалить остатки уксусной кислоты из раствора, так как она обладает маскирующим действием (катализирует окисление иодида калия кислородом воздуха, в результате чего образуется иод, также дающий желтое окрашивание раствора).

Оборудование и реактивы: сушильная печь, тигельные щипцы, мерный цилиндр на 10 мл, стаканы на 30 мл (стеклянную посуду следует промыть дистиллированной водой); концентрированная уксусная кислота, кристаллический иодид калия.

Накануне проведения работы учащимся предлагают принести из дома предметы обихода, потенциально содержащие свинец. Это могут быть глазурованная керамика, изделия из хрусталя, пластиковые бутылки с надписями, кусочки окрашенного слоя со стен. Такой подход вызывает у ребят огромный интерес. Еще бы, ведь они будут исследовать собственную среду обитания!

1. Подготовка образцов (вытяжной шкаф!).

В изделия из керамики и хрусталя налейте 25 мл уксусной кислоты, хорошо взболтайте и установите в печь для удаления избытка кислоты.

Образцы окрашенного слоя со стен (для опыта достаточно несколько кусочков краски общим размером с монету) поместите в стакан на 30 мл, добавьте 25 мл уксусной кислоты и установите его в печь для удаления избытка кислоты.

Цветные надписи на пластиковых бутылках аккуратно вырежьте и поместите в стакан на 30 мл, добавьте 25 мл уксусной кислоты. Погрузите образец в кислоту стеклянной палочкой до растворения красящего слоя. Затем удалите из раствора остатки пластика палочкой и установите стакан в печь для удаления избытка кислоты. (Примечание. Упаривание раствора следует проводить в течение 1 ч при температуре 150-200 °С. Полноту удаления кислоты можно контролировать по окраске синей лакмусовой бумажки, наклеенной на стекло вытяжного шкафа с внутренней стороны. Если при открывании шкафа ощущается запах уксуса, то следует продолжить упаривание, подняв температуру до 170-200 °С. Изделия из хрусталя надо вынимать из печи только после охлаждения при открытой дверце. )

2. Выключите печь и выньте исследуемое изделие щипцами.

3. После охлаждения изделия добавьте 5 мл дистиллированной воды и хорошо взболтайте для растворения ацетата свинца. Получается прозрачный бесцветный раствор. (Из непрозрачных керамических изделий раствор слейте в стеклянный стакан и наблюдайте окраску. )

4. Добавьте в раствор немного кристаллического иодида калия и мешайте до его растворения. Наличие свинца в растворе фиксируется по выпадению желтого осадка.

Обнаружение свинца в предметах обихода

Обнаружение свинца в предметах обихода - одна из лабораторных работ, предлагаемых студентам колледжа Сан Джоз (штат Калифорния, США). Работа интересна тем, что имеет ярко выраженную практическую направленность и в то же время проста и может быть выполнена с использованием образцов и материалов, принесенных учащимися из дома.

Как известно, соединения свинца остаются одним из факторов загрязнения окружающей среды. Их основные источники - бытовые краски (правда, в США еще в 1978г. Был запрещен промышленный выпуск красителей, содержащих свинец), глазурь на изделиях из керамики, хрусталь и бытовая пластиковая тара (точнее, красящие пигменты на ней).

Свинец особенно опасен для молодых организмов. По данным статистики, около 4 млн. детей в США страдают от последствий отравления свинцом. Его токсическое действие связано с подавлением воспроизводства гемоглобина и с дезактивацией энзимов в головном мозге и нервной системе. В зависимости от концентрации свинца в организме это приводит к патологии разной степени тяжести: от необучаемости детей до смертельных исходов.

Предлагаемый метод обнаружения свинца основан на реакции, в результате которой образуется жёлтый осадок иодида свинца (II). Анализируемый образец предварительно надо выдержать в уксусной кислоте, чтобы перевести содержащийся в нем свинец в растворимую форму.

Затем к полученному раствору ацетата свинца (II) добавляют иодид калия. Если при этом выпадает желтый осадок, значит, образец содержит свинец:

Рb(СНзСОО)2+2Кl->Рb2 + 2СНзСООК.

(бесцветный(желтый раствор) осадок)

Если осадок не выпадает, значит, образец не содержит свинца в ощутимых количествах. Чувствительность метода -0,1 мг Рb2+ в 5 мл раствора. Между первой и второй операцией необходимо полностью удалить остатки уксусной кислоты из раствора, так как она обладает маскирующим действием (катализирует окисление иодида калия кислородом воздуха, в результате чего образуется идо, также дающий жёлтое окрашивания раствора).

Оборудования и реактивы: сушильная печь, тигельные щипцы, мерный цилиндр на 10 мл, стаканы на 30 мл, (стеклянную посуду следует промыть дистиллированной водой); концентрированная уксусная кислота, кристаллический иодид калия.

Порядок действий

Накануне проведения работы учащимся предлагают принести из дома предметы обихода, потенциально содержащие свинец. Это могут быть глазурованная керамика, изделия из хрусталя, пластиковые бутылки с надписями, кусочки окрашенного слоя со стен. Такой подход вызывает у ребят огромный интерес. Еще бы, ведь они будут исследовать собственную среду обитания!

1. Подготовка образцов (вытяжной шкаф!).

В изделия из керамики и хрусталя налейте 25мл уксусной кислоты, хорошо взболтайте и установите в печь для удаления избытка кислоты.

Образцы окрашенного слоя со стен (для опыта достаточно несколько кусочков краски общим размером с монету) поместите в стакан на 30мл, добавьте 25мл уксусной кислоты и установите его в печь для удаления избытка кислоты.

Цветные надписи на пластиковых бутылках аккуратно вырежьте и поместите в стакан на 30мл, добавьте 25мл уксусной кислоты. Погрузите образец в кислоту стеклянной палочкой до растворения красящего слоя. Затем удалите из раствора остатки пластика палочкой и установите стакан в печь для удаления избытка кислоты.

(Примечание. Упаривание раствора следует проводить в течении 1ч при температуре 150-200 °С. Полноту удаления кислоты можно контролировать по окраске синей лакмусовой бумажки. , наклеенной на стекло вытяжного шкафа с внутренней стороны. Если при открывании шкафа ощущается запах уксуса, то следует продолжить упаривание, подняв температуру до 170-200 °С. Изделия из хрусталя надо вынимать из печи только после охлаждения при открытой дверце. )

2. Выключите печь и выньте исследуемое изделие щипцами.

3. После охлаждения изделия добавьте 5мл дистиллированной воды и хорошо взболтайте для растворения ацетата свинца. (Из непрозрачных керамических изделий раствор слейте в стеклянный стакан и наблюдайте окраску. )

4. Добавьте в раствор немного кристаллического иодида калия и мешайте до его растворения. Наличие свинца в растворе фиксируется по выпадению желтого осадка.

Определение содержания тяжелых металлов в снеге и почве.

Уже несколько лет в нашей школе работает кружок «Практическая экология». Основные цели кружка - расширение экологического образования школьников, развитие умения разбираться в различных экологических проблемах, обучение практическому использованию знаний по экологии.

Учебно-исследовательские задания кружка проходят в форме проектной работы, в ходе которойучащееся осваивают элементы самостоятельной творческой деятельности. Основные составляющие учебного проекта – это замысел, планирование, его реализация, анализ полученных результатов. Исходя из этого, освоение метода проектной работы проходит в несколько этапов: выбор темы и предмета проектной разработки, написание литературного образа по выбранной тематике, проведение собственного эксперимента, анализ полученных результатов, выводы из проделанной работы. Защита проекта может осуществляться либо на экзамене по экологии, либо на школьной научно - практической конференции.

В качестве примера приведу проектную работу, выполненную по теме « Определение содержания тяжелых металлов в снеге и почве методом тонкослойной хроматографии ».

Среди многих последствий хозяйственной бурной деятельности человеческого общества ученые особенно выделяютпрогрессирующее накопление в окружающей среде металлов, в первую очередь тяжелых, т. е. р > 5г/см3.

Некоторые металлы крайне необходимы для жизнедеятельности человека и других живых организмов (их относят к так называемым биогенным элементам), другие - вызывают противоположный эффект и, попадая в живой организм, приводят к его отравлению или гибели (их называют металлами - токсикантами). Специалистами по охране окружающей среды среди металлов - токсикантов выделена преорететная группа, в которую входят свинец, медь, ртуть, кадмий, никель, хром, цинк, мышьяк как элементы наиболее опасные для здоровья человека и животных. из них ртуть, свинец и кадмий наиболее токсичны.

Основная часть тяжелых металлов поступает в снег и почву из атмосферы, насыщенный промышленными выбросами. Свой вклад в загрязнение металлами вносят транспорт и коммунально-бытовые объекты. Почва депонирует тяжелые металлы, поскольку они сорбируются почвенным гумусом с образованием труднорастворимых соединений.

Определить содержание тяжелых металлов в снеге и почве можно с помощью метода тонкослойной хроматографии (тех). Это один из эффективных методов физико-химического исследования, не требующий сложного оборудования и дефицитных реактивов, позволяющий обнаружить вещества ничтожно малых количествах (0,1 - 0,005 мкг). Исследуем наличие в снеге и почве железа, свинца и хрома.

Методика эксперимента

Пробы снега для исследования отбираем со всейглубины снежного покрова. Снег растапливаем, подкисляем азотной кислотой и упариваем с 1 л до 3 мл. Пробы почвы отбираем на глубину до 10 см, так как именно в верхнем горизонте почвы накапливаются тяжелые металлы. Сухую измельченную почву массой 10 г заливаем 50 мл 1 м раствора азотной кислоты и оставляем на сутки, затем смесь фильтрует до 3 мл.

Суть метода тех заключается в разделение сложных смесей веществ на индивидуальные соединения за счет различий сорбируемости в тонком слое сорбента. Для этого используем силуфоловые пластинки, представляющие собой закрепленный слой силикагеля с крахмалом, нанесенный на алюминиевую фольгу.

На вырезанной пластинке размером 3 X 7 см отмечаем линию старта, на которую с помощью капилляров наносим анализируем смесь и свидетель (водный раствор соли соответствующего металла). Затем эту пластинку помещаем в стакан с растворителем (Н - бутанол, дистиллированная вода с добавлением уксусной кислоты до установления в системе рН 3).

Под действием капиллярных сил растворитель поднимается в слое сорбента, увлекая за собой анализируемые вещества,при этом они перемещаются с различными скоростями и в слое сорбента происходит их разделение. Через 15-20 мин, когда растворитель достигнет линии финиша, вынимаем хроматограмму.

Для обнаружения ионов металлов опрыскиваем хроматограмму из пульверизатора растворами реагентов,дающих цветные реакции с анализируемыми веществами. Обнаружение ионов РЬ2+проводим раствором йодистого калия; ионов Ре3+ - раствором гексацианоферрата (II) калия; ионов С2г072" раствором 1,5- дифенилкарбазида. при этом появляются окрашенная пятна (желтое, берлинской лазури, розовое соответственно), по высоте пятна на хроматограмме проводим количественное сравнение анализируемых ионов тяжелых металлов.

Результаты и их обсуждение

Во многих городах России, в том числе и в Томске, до сих пор принимают этилированный бензин, содержащий тетраэтилсвинец. в связи с этим объектами исследования выбраны крупные автодороги, расположенный в близи нашей школы.

Анализ проб снега и почвы показал присутствие в них ионов свинца, причем концентрация свинца в почве оказалось больше, чем в снеге. Это логично объясняется тем, что снег накапливает загрязняющие вещества в течение сезона, а почва из года в год.

Содержание свинца в почве зависит от интенсивности автомобильного потока.

Соединение железа могут присутствовать в почве по естественным причинам (выветривание горных пород и размывание их водой). Однако наличие ионов железа в снеге свидетельствует о техногенном загрязнении почвы этим элементом.

Пробы почвы из леса, взятые примерно 100 м от автострады, также показали значительное содержание свинца. Это подтвердило литературные данные о том, что ширина придорожных аномалий винца сильно варьирует и может достигать 100м. Следовательно, данную почву нельзя использовать как фоновую для сравнения с городской.

Наши наблюдения показали, что сельскохозяйственное угодья могут располагаться на расстоянии примерно 20м от автострад. Этот факт свидетельствует о том, что часть сельскохозяйственных культур подвергается свинцовому отравлению. Следовательно, по трофическим цепям загрязненная продукция может попадать в организм человека и быть причиной отравления свинцом.

В пробе почвы, взятой около одного из родников Михайловской рощи, было обнаружено значительное содержание хромат - ионов и ионов железа. Как выяснилось впоследствии, причина загрязнения почвы и воды родника, а значит, и формирования точечной аномалии с повышенным содержанием хрома связана с попаданием в окружающую среду отходов предприятия «Ролтон», занимающего производством подшипников.

В последнее время возросла интенсивность загрязнение атмосферы и почвы городов тяжелыми металлами, в первую очередь свинцом, из-за выбросов двигателей автомобилей. Для изменения ситуации в лучшую сторону, на наш взгляд, необходимо в ближайшее время запретить выпуск этилированного бензина.

Для того чтобы уменьшить вероятность загрязнения сельскохозяйственных культур ионами свинца, необходимо располагать посевы на расстоянии не менее 300 м от автострад.

Близлежащие территории промышленных предприятий наиболее сильно загрязнены тяжелыми металлами.

В целом современные города представляют собой огромные техногенные геохимические и биологические аномалии, что не только отражается на состоянии здоровья населения в настоящее время,но и будет иметь непредсказуемые последствия для будущих поколений.