Основы общей и экологической токсикологии - Владимир Базылев

Для развития популяций рыб важен катион кальция, который регулирует функции мембран, их проницаемость и интенсивность ионного обмена. В водах с невысокой КНС концентрация Ca2+ невелика (менее 4 мг/л). Повышенное содержание Ca2+ компенсирует негативное действие Al3+ при низких рН. Представляют интерес данные обследования озер в южной части Норвегии: во всех озерах, где отсутствует рыба, отношение Ca2+ :H+ < 3, а в озерах с устойчивыми рыбными популяциями Ca2+ :H+ >4;pH≤ 5 для озер США – показатель отсутствия рыбы, кроме Флориды, где при высоких концентрациях кальция и малом содержании алюминия рыбные популяции устойчивы в озерах с рН 4,0 – 5,5.

На закисление воды болезненно реагируют раковинные моллюски. Если значение рН падает ниже 5,2, то Ca2+-обмен у них настолько нарушается, что им грозит гибель. При этих значениях рН раковины медленно разрушаются.

В процессах регулирования водной биоты важную роль играет изменение концентрации растворенного в воде пероксида водорода. Внимание к этой проблеме обусловлено массовой гибелью мальков севрюги в Волге при допустимых нормах основных гидрологических показателей. Молодь погибла в результате нарушения липидного обмена, что сопровождалось блокированием ферментной цепи окисления жира в гликоген. Исследования, проведенные в Институте химической физики, показали, что нарушения обусловлены изменением редокс-состояния природных вод, вследствие отсутствия пероксида водорода. Раньше в водах Волги концентрация пероксида водорода составляла 3 ⋅ 10– 5 моль/л, а в настоящее время следовые количества его обнаруживают только в небольших притоках. Установлена тесная корреляция между изменением концентрации пероксида водорода в воде и выживаемостью рыбы.

Химическое загрязнение водных объектов

Загрязнение водных объектов – сброс или поступление иным способом в поверхностные и подземные водные объекты, а также образование в них вредных веществ, которые ухудшают качество поверхностных и подземных вод, ограничивают (исключают) их использование либо негативно влияют на состояние дна и берегов водных объектов.

Загрязнение вод происходит главным образом под влиянием факторов, обусловленных хозяйственной деятельностью человека. В некоторых случаях ухудшение состава вод может обусловливаться процессами вымывания из недр Земли природных запасов минеральных и органических веществ, и тогда употребляется термин естественное загрязнение вод.

Антропогенными факторами загрязнения водных объектов являются: сточные воды промышленных предприятий, населенных пунктов, животноводческих комплексов; смывы с мест разработки полезных ископаемых, судоходство, дождевые и ливневые смывы с водосборных площадей (в том числе с территорий городов, поселков, сельскохозяйственных угодий), загрязненные атмосферные осадки, химизация сельского хозяйства.

Загрязнение вод выражается в изменении их химического и биологического состава и физических свойств. Загрязненными считаются воды, в которых содержание отдельных компонентов химического состава превышает их средние многолетние концентрации и количества, допустимые санитарными нормами, а также те воды, в которых обнаруживаются вещества, не свойственные им в естественном состоянии (нефтепродукты, фенолы, пестициды, поверхностно-активные вещества).

Загрязнение может быть прямым и вторичным. Прямое загрязнение происходит в результате непосредственного воздействия антропогенного фактора на водный объект при поступлении загрязненных поверхностных или подземных стоков, а также при загрязненных или кислых атмосферных осадках. Вторичное загрязнение является следствием первичного. Оно проявляется при десорбции из донных отложений загрязняющих веществ (ЗВ), попавших туда в результате прямого загрязнения; при попадании в водную среду или в илы продуктов распада ЗВ, более токсичных, чем они сами; как ответная реакция биологической системы на изменение состава водной среды, приводящая к бурному размножению водорослей («цветение» водоемов), патогенной микрофлоры и вирусов, ухудшению качества воды, изменению состава биоценозовикэвтрофированию.

Гидросфера служит своеобразным коллектором отходов хозяйственной деятельности человека. Уязвимость ее к химическому загрязнению обусловлена постоянно происходящим круговоротом воды в природе (осадки, испарение, трансграничные переносы, поверхностный и подземный стоки), в результате которого любое ЗВ, попадающее в атмосферу или вносимое в почву, рано или поздно оказывается в водоемах. Основная нагрузка ложится на пресноводную часть гидросферы – озера, водохранилища, реки, внутренние моря.

Тяжелые металлы, нефть и нефтяные углеводороды, пестициды, фенолы, полихлорированные бифенилы, диоксин и диоксиноподобные вещества, моющие средства – это далеко не полный и постоянно пополняющийся список веществ, попадающих в водную среду.

Нефть может попадать в водные объекты различными путями, например при бурении скважин на нефтяных месторождениях, при авариях танкеров или течи нефти в нефтепроводах, при транспортировке, при переработке сырой нефти, а также при очистке отстойников, танкеров и автоцистерн от старой нефти и нефтепродуктов.

Особо сильные загрязнения в результате утечки нефти происходят при бурении морских скважин и авариях танкеров.

Гидрофобная нефть образует тонкую пленку на поверхности воды; вода становится непригодной для использования при попадании 1 л нефти на 106 л воды. На открытых водных поверхностях с течением времени образуется эмульсионный слой нефть – вода, который частично препятствует газообмену между водой и воздухом. Этот эффект приводит к тому, что все живые организмы, находящиеся под этой пленкой, постепенно задыхаются. При этом, прежде всего при дыхании, в клетках накапливается диоксид углерода (СО2), что ведет к ацидозу, т. е. подкислению клеточной жидкости. У морских птиц контакт с нефтью приводит к склеиванию оперения; птицы утрачивают способность держаться на воде и быстро гибнут от переохлаждения. Растворимые в воде окисленные компоненты нефти обладают токсическим действием.

В отличие от загрязнений нефтью загрязнения фенолами происходит в значительно меньшей степени. Скорость распада фенолов в воде зависит как от их химического строения, так и от окружающих условий. Особую роль при этом играют УФ-излучение, микроорганизмы и концентрация кислорода в воде.

Фенолы используют для дезинфекции, а также для изготовления клеев и фенолформальдегидных смол. Кроме того, фенолы входят в состав выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей, образуются при сгорании и коксовании дерева и угля.

К долгоживущим вредным примесям в воде относится лигнингидросульфит. Это соединение образуется при обработке древесины гидросульфитом кальция при повышенных температуре и давлении. В результате этой реакции высокомолекулярный лигнин переходит в растворимую в воде форму и таким способом может быть отделен от целлюлозы. Кроме того, из древесины выделяют гемицеллюлозу и сахар. При изготовлении 1 т целлюлозы примерно такое же количество других составных частей древесины идет в отходы, остающиеся в растворе. В то время как гемицеллюлоза (гексозан и пентозан) и сахара сравнительно быстро разрушаются микробиологическим путем, лигнинсульфоновая кислота разрушается очень медленно. Вредное действие лигнинсульфоновой кислоты, прежде всего, сказывается в том, что она увеличивает вязкость воды, а также влияет на ее запах, цвет и вкус. Рыба также приобретает при этом неприятный вкус. Распад лигнинсульфоновой кислоты длится многие недели, поэтому сточные воды целлюлозной промышленности следует рассматривать как долговременный источник загрязнения. Сухую лигниновую кислоту можно сжечь, но при этом образуется большое количество диоксида серы (SO2), действие которого также необходимо устранять.

К числу химикатов, распад которых идет с трудом и длится более двух дней, относятся также хлорированные углеводороды, например органические растворители с одним – двумя атомами углерода, полихлорированные бифенилы и хлорорганические пестициды. Хлоруглеводороды могут образоваться уже в самой воде, когда хлорированная вода входит в контакт с продуктами распада гумуса. При этом в первую очередь образуется трихлорметан (CHCl3).

Устойчивость хлорсодержащих органических соединений к процессам распада повышается с увеличением содержания хлора. Устойчивость негалогенизированных соединений повышается с увеличением разветвленности углеродных цепей.

За последние пятьдесят лет появилась большая группа органических соединений, которые создали дополнительную проблему, связанную с загрязнением природных вод: это синтетические поверхностно-активные вещества или детергенты. Эти вещества используют как моющие средства, понижающие поверхностное натяжение воды; их использование часто сопровождается пенообразованием. Возросшая потребность в СПАВ на промышленных предприятиях, а также их использование в быту, прежде всего при стирке, привели к большим скоплениям пены в руслах рек и в водоемах. СПАВ – это моющие средства, флотореагенты, стабилизаторы эмульсий и пен, гидрофобизаторы, антистатики, ингибиторы коррозии и т. д. Естественно, что объем их производства постоянно растет.