stringtranslate.com

Токсичный хэви-метал

Стена угольной золы высотой 25 футов (7,6 м), загрязненная токсичными тяжелыми металлами, образовавшаяся в результате выброса 5,4 миллиона кубических ярдов суспензии угольной золы в реку Эмори , штат Теннесси , а также близлежащие земельные и водные объекты, в декабре 2008 года. [1] Тестирование показало значительно повышенные уровни мышьяка, меди, бария , кадмия, хрома, свинца, ртути, никеля и таллия в пробах навозной жижи и речной воды . [2] Затраты на очистку могут превысить 1,2 миллиарда долларов. [3]

Токсичный тяжелый металл — это любой относительно плотный металл или металлоид , который известен своей потенциальной токсичностью, особенно в контексте окружающей среды. [4] [5] Этот термин особенно применим к кадмию , ртути и свинцу , [6] все из которых фигурируют в списке Всемирной организации здравоохранения из 10 химических веществ, вызывающих серьезную общественную озабоченность. Другие примеры включают марганец , хром , кобальт , никель , медь , цинк , серебро , сурьму и таллий . [7]

Тяжелые металлы встречаются в природе в земле. Они становятся концентрированными в результате деятельности человека и могут проникать в ткани растений и животных (включая человека) при вдыхании, с пищей и при ручном обращении. Затем они могут связываться и мешать функционированию жизненно важных клеточных компонентов. Токсическое действие мышьяка, ртути и свинца было известно еще в древности, но методические исследования токсичности некоторых тяжелых металлов датируются только 1868 годом. У людей отравление тяжелыми металлами обычно лечат введением хелатирующих агентов . Некоторые элементы, считающиеся токсичными тяжелыми металлами, в небольших количествах необходимы для здоровья человека.

Примеры токсичных тяжелых металлов

Источники загрязнения

Тетраэтилсвинец является одним из наиболее значительных загрязнителей тяжелых металлов, используемых в последнее время. [8]

Тяжелые металлы естественным образом встречаются в земле и концентрируются в результате деятельности человека или, в некоторых случаях, геохимических процессов, таких как накопление в торфяных почвах, которые затем высвобождаются при осушении для нужд сельского хозяйства. [9] Распространенными источниками являются отходы горнодобывающей промышленности и промышленности; выбросы транспортных средств; моторное масло; топливо, используемое судами и тяжелой техникой; строительные работы; удобрения; [10] пестициды; краски; красители и пигменты; ремонт; незаконный склад отходов строительства и сноса; выдвижной мусорный контейнер с открытым верхом; сварка, пайка и пайка; стекольная обработка; [11] бетонные работы; дорожные работы; использование переработанных материалов; Металлические проекты своими руками; сжигание амулетной бумаги ; открытое сжигание мусора в сельской местности; загрязненная система вентиляции; продукты питания, загрязненные окружающей средой или упаковкой; вооружение; свинцово-кислотные аккумуляторы ; площадка для переработки электронного мусора ; обработанная древесина; стареющая инфраструктура водоснабжения; [12] и микропластик , плавающий в мировом океане. [13] Мышьяк, кадмий и свинец могут присутствовать в детских игрушках в количествах, превышающих нормативные стандарты. Свинец можно использовать в игрушках в качестве стабилизатора , усилителя цвета или антикоррозионного средства. Кадмий иногда используется в качестве стабилизатора или для увеличения массы и блеска игрушечных украшений. Считается, что мышьяк используется в красящих красках. [14] Регулярные потребители незаконно перегнанного алкоголя могут подвергнуться отравлению мышьяком или свинцом, источником которого является загрязненный мышьяком свинец, используемый для пайки дистилляционного аппарата. Еще одним источником мышьяка может быть крысиный яд , используемый в магазинах зерна и сусла . [15]

Свинец является наиболее распространенным загрязнителем тяжелых металлов. [16] В качестве компонента тетраэтилсвинца ( CH
3
СН
2
)
4
Pb
широко использовался в бензине в 1930–1970-е годы. [17] Уровни свинца в водной среде промышленно развитых стран, по оценкам, в два-три раза превышают доиндустриальные уровни. [18] Хотя использование этилированного бензина было в значительной степени прекращено в Северной Америке к 1996 году, почвы рядом с дорогами, построенными до этого времени, сохраняют высокие концентрации свинца. Свинец (из азида свинца(II) или стифната свинца, используемых в огнестрельном оружии) постепенно накапливается на полигонах огнестрельного оружия, загрязняя местную окружающую среду и подвергая сотрудников полигона риску отравления свинцом . [19]

Пути входа

Тяжелые металлы попадают в ткани растений, животных и человека при вдыхании воздуха, с пищей и при ручном обращении. Выбросы автотранспортных средств являются основным источником переносимых по воздуху загрязнителей, включая мышьяк, кадмий, кобальт, никель, свинец, сурьму, ванадий, цинк, платину, палладий и родий. [20] Водные источники (подземные воды, озера, ручьи и реки) могут быть загрязнены выщелачиванием тяжелых металлов из промышленных и потребительских отходов; кислотные дожди могут усугубить этот процесс, высвобождая тяжелые металлы, попавшие в почву. [21] Транспорт через почву может быть облегчен за счет наличия предпочтительных путей потока (макропор) и растворенных органических соединений. [22] Растения подвергаются воздействию тяжелых металлов при поглощении воды; животные едят эти растения; употребление в пищу продуктов растительного и животного происхождения является крупнейшим источником тяжелых металлов для человека. [23] Абсорбция при контакте с кожей, например, при контакте с почвой или металлосодержащими игрушками и украшениями, [24] является еще одним потенциальным источником загрязнения тяжелыми металлами. [25] Токсичные тяжелые металлы могут биоаккумулироваться в организмах, поскольку они трудно метаболизируются . [26]

Вредные последствия

Тяжелые металлы «могут связываться с жизненно важными клеточными компонентами, такими как структурные белки , ферменты и нуклеиновые кислоты , и мешать их функционированию». [27] Симптомы и эффекты могут варьироваться в зависимости от металла или соединения металла, а также от дозы. В целом, долгосрочное воздействие токсичных тяжелых металлов может иметь канцерогенные эффекты, а также эффекты на центральную и периферическую нервную систему и систему кровообращения. Для человека типичные проявления, связанные с воздействием любого из «классических» [28] токсичных тяжелых металлов, хрома (другого токсичного тяжелого металла) или мышьяка (металлоида), показаны в таблице. [29]

История

Токсическое воздействие мышьяка, ртути и свинца было известно еще в древности, но методические исследования общей токсичности тяжелых металлов датируются только 1868 годом. свинец, медь, цинк, железо и марганец » в питьевой воде . Они отметили «отсутствие расследования» и свелись к «необходимости ходатайствовать о сборе данных». [30] В 1884 году Блейк описал очевидную связь между токсичностью и атомным весом элемента. [31] В следующих разделах представлены исторические эскизы «классических» токсичных тяжелых металлов (мышьяка, ртути и свинца), а также некоторых более поздних примеров (хрома и кадмия).

Аурипигмент — токсичный минерал, содержащий мышьяк, используемый в кожевенной промышленности для удаления волос со шкур.

Мышьяк

Мышьяк , как реальгар ( As
4
С
4
) и ауригмент ( As
2
С
3
), был известен еще в древности. Страбон (64–50 гг. до н. э. – ок. 24 г. н. э.), греческий географ и историк, [32] писал, что в реальгарных и ауригментных рудниках работали только рабы, поскольку они неизбежно умирали от токсичного воздействия паров, выделяемых руды. Загрязненное мышьяком пиво отравило более 6000 человек в районе Манчестера в Англии в 1900 году и, как полагают, убило по меньшей мере 70 человек. [33] Клэр Люс , американский посол в Италии с 1953 по 1956 год, пострадала от отравления мышьяком . Его источником стали отслаивающаяся краска с содержанием мышьяка на потолке ее спальни. Возможно, она также ела пищу, загрязненную мышьяком в отслаивающейся краске потолка в столовой посольства. [34] Грунтовые воды, загрязненные мышьяком , по состоянию на 2014 год «все еще отравляют миллионы людей в Азии». [35]

Меркурий

Исаакиевский собор в Санкт-Петербурге , Россия. Амальгама золота и ртути , использованная для позолоты купола, привела к многочисленным жертвам среди рабочих.

Сообщается, что первый император объединенного Китая Цинь Шихуан умер от приема ртутных таблеток, которые должны были дать ему вечную жизнь. [36] Фраза «безумный как шляпник», вероятно, относится к отравлению ртутью среди модисток (так называемая « болезнь безумного шляпника »), поскольку соединения на основе ртути когда-то использовались при производстве фетровых шляп в 18-м и 19-м веках. век. [37] Исторически амальгама золота (сплав с ртутью) широко использовалась при позолоте , что приводило к многочисленным жертвам среди рабочих. Подсчитано, что при строительстве только Исаакиевского собора от позолоты главного купола погибло 60 рабочих. [38] Вспышки отравления метилртутью произошли в нескольких местах Японии в 1950-х годах из-за промышленных сбросов ртути в реки и прибрежные воды. Наиболее известные случаи произошли в Минамате и Ниигате . Только в Минамате более 600 человек умерли от так называемой болезни Минаматы . Более 21 000 человек подали иски японскому правительству, из которых почти у 3000 было подтверждено наличие заболевания. В 22 задокументированных случаях у беременных женщин, которые потребляли зараженную рыбу, симптомы были легкими или отсутствовали, но они родили младенцев с серьезными отклонениями в развитии. [39] После промышленной революции уровень ртути утроился во многих приповерхностных морских водах , особенно вокруг Исландии и Антарктиды . [40]

Реклама свинцово-белой краски Dutch Boy , 1912 год.

Вести

Неблагоприятное воздействие свинца было известно еще древним. Во II веке до нашей эры греческий ботаник Никандр описал колики и паралич, наблюдаемые у людей, отравленных свинцом. [41] Диоскорид , греческий врач , предположительно живший в I веке нашей эры, [42] писал, что свинец «заставляет разум поддаваться». Свинец широко использовался в римских акведуках примерно с 500 г. до н.э. по 300 г. н.э. [43] Инженер Юлия Цезаря Витрувий сообщал: «Вода гораздо полезнее из глиняных труб, чем из свинцовых труб . быть вредным для человеческого организма». [44] В монгольский период в Китае (1271–1368 гг. н. э.) загрязнение свинцом в результате выплавки серебра в регионе Юньнань почти в четыре раза превышало уровень загрязнения от современной горнодобывающей деятельности. [45] [n 1] В 17 и 18 веках люди в Девоне страдали от состояния, называемого девонскими коликами ; Было обнаружено, что это произошло из-за употребления сидра, загрязненного свинцом . По оценкам Всемирной организации здравоохранения , в 2013 году отравление свинцом ежегодно приводило к 143 000 смертей и «способствовало 600 000 новым случаям детей с умственными отклонениями». [47] В американском городе Флинт, штат Мичиган , загрязнение питьевой воды свинцом является проблемой с 2014 года . Источником загрязнения считается «коррозия свинцовых и железных труб, по которым вода подается жителям города». [48] ​​В 2015 году концентрация свинца в питьевой воде на северо-востоке Тасмании , Австралия, достигла уровня, более чем в 50 раз превышающего предписанные национальные нормативы по питьевой воде. Источник загрязнения был объяснен «сочетанием ветхой инфраструктуры питьевой воды, включая трубопроводы со свинцовыми соединениями, трубы из поливинилхлорида с истекшим сроком эксплуатации и бытовую сантехнику». [49]

Хром

Хромат калия , канцероген , используется при крашении тканей и в качестве дубителя при производстве кожи .

Соединения хрома (III) и металлический хром не считаются опасными для здоровья, а токсичность и канцерогенные свойства хрома (VI) известны как минимум с конца 19 века. [50] В 1890 году Ньюман описал повышенный риск рака у рабочих компании, производящей хроматные красители. [51] Во время Второй мировой войны у авиационных рабочих сообщалось о дерматите, вызванном хроматом . [52] В 1963 году вспышка дерматита, варьирующегося от эритемы до экссудативной экземы , произошла среди 60 рабочих автомобильного завода в Англии. Рабочие мокрой шлифовали грунтовку на основе хромата, нанесенную на кузова автомобилей. [53] В Австралии 8 августа 2011 года на заводе по производству взрывчатых веществ в Ньюкасле Орика произошел выброс хрома. Пострадали до 20 рабочих завода, а также 70 близлежащих домов в Стоктоне . Город был уведомлен только через три дня после утечки, и авария вызвала серьезную общественную полемику: Орику раскритиковали за преуменьшение масштабов и возможных рисков утечки, а правительство штата подверглось критике за медленную реакцию на инцидент. [54]

Слиток кадмия чистотой 99,999% и куб 1 см 3 .

Кадмий

Воздействие кадмия - явление начала 20-го века и позже. В Японии в 1910 году компания Mitsui Mining & Smelting Company начала сбрасывать кадмий в реку Дзинзу как побочный продукт горнодобывающей деятельности. Впоследствии жители окрестностей потребляли рис, выращенный в оросительной воде, загрязненной кадмием. У них наблюдалось размягчение костей и почечная недостаточность . Происхождение этих симптомов не было ясно; Возможности, поднятые в то время, включали «региональное или бактериальное заболевание или отравление свинцом». [55] В 1955 году кадмий был идентифицирован как вероятная причина, а в 1961 году источник был напрямую связан с горнодобывающими работами в этом районе. [56] В феврале 2010 года кадмий был обнаружен в эксклюзивных украшениях Майли Сайрус в Walmart . Wal-Mart продолжал продавать ювелирные изделия до мая, когда тайное тестирование, организованное Associated Press, подтвердило первоначальные результаты. [57] В июне 2010 года кадмий был обнаружен в краске, используемой на рекламных стаканах для фильма « Шрек навсегда» , продаваемых ресторанами McDonald's , что привело к отзыву 12 миллионов стаканов. [58]

Исправление

Металлический анион ЭДТА. Pb замещает Ca в Na
2
[CaEDTA]
, чтобы дать Na
2
[PbEDTA]
выводится из организма с мочой . [59]

У людей отравление тяжелыми металлами обычно лечат введением хелатирующих агентов . [60] Это химические соединения, такие как CaNa
2
ЭДТА
(этилендиаминтетраацетат кальция динатрия), которые переводят тяжелые металлы в химически инертные формы, которые могут выводиться из организма без дальнейшего взаимодействия с организмом. Хелаты не лишены побочных эффектов и также способны выводить полезные металлы из организма. По этой причине иногда одновременно назначают витаминные и минеральные добавки. [61]

Почвы, загрязненные тяжелыми металлами, можно восстановить с помощью одной или нескольких из следующих технологий: изоляция; иммобилизация; снижение токсичности; физическое разделение; или экстракция. Изоляция предполагает использование колпачков, мембран или подземных барьеров в попытке изолировать загрязненную почву. Иммобилизация направлена ​​на изменение свойств почвы, чтобы препятствовать мобильности тяжелых загрязнителей. Снижение токсичности пытается окислить или уменьшить токсичные ионы тяжелых металлов химическими или биологическими средствами до менее токсичных или мобильных форм. Физическое разделение включает удаление загрязненной почвы и отделение металлических примесей механическими средствами. Экстракция — это процесс, осуществляемый на объекте или за его пределами, в котором для извлечения загрязняющих веществ из почвы используются химические вещества, высокотемпературное испарение или электролиз. Используемый процесс или процессы будут различаться в зависимости от загрязняющего вещества и характеристик объекта. [62]

Преимущества

Некоторые элементы, считающиеся токсичными тяжелыми металлами , в небольших количествах необходимы для здоровья человека. К этим элементам относятся ванадий, марганец, железо, кобальт, медь, цинк, селен, стронций и молибден. [63] Дефицит этих незаменимых металлов может повысить восприимчивость к отравлению тяжелыми металлами. [64]

Смотрите также

Заметки с пояснениями

  1. ^ До одной шестой пахотных земель Китая может быть затронуто загрязнением тяжелыми металлами. [46]

Цитаты

  1. ^ Деван 2008 г.
  2. ^ Деван 2009
  3. ^ Пуви 2001
  4. ^ Чжан, Хунлин; Уокер, Тони Р.; Дэвис, Эмили; Ма, Гофэн (сентябрь 2019 г.). «Оценка экологического риска металлов в отложениях гавани малых судов в Новой Шотландии, Канада». Бюллетень о загрязнении морской среды . 146 : 466–475. doi :10.1016/j.marpolbul.2019.06.068. PMID  31426182. S2CID  201095843.
  5. ^ Шривастава и Гоял 2010, с. 2
  6. ^ Брэтуэйт и Рабоне 1985, стр. 363
  7. ^ «10 химических веществ, вызывающих обеспокоенность общественного здравоохранения» . www.who.int . Проверено 9 октября 2021 г.
  8. ^ Райт 2002, с. 288
  9. ^ Куреши, Шабнам; Ричардс, Брайан К.; Макбрайд, Мюррей Б.; Бавей, Филипп; Стенхейс, Таммо С. (2003). «Влияние температуры и микробной активности на выщелачивание микроэлементов из металлоносных торфов». Журнал качества окружающей среды . 32 (6): 2067–75. дои : 10.2134/jeq2003.2067. ПМИД  14674528.
  10. ^ «Страх на полях - Как опасные отходы становятся удобрениями - Распространение тяжелых металлов на сельскохозяйственных угодьях совершенно законно, но мало исследований было проведено, чтобы выяснить, безопасно ли это» .
  11. ^ https://hazwastehelp.org/ArtHazards/glassworking.aspx Опасности искусства
  12. ^ Харви, Хэндли и Тейлор, 2015 г.
  13. ^ Хауэлл и др. 2012 г.; Коул и др. 2011, стр. 2589–2590.
  14. ^ Финч, Хиллер и Леопольд, 2015, стр. 849–850.
  15. ^ Аггравал 2014, с. 680
  16. ^ Ди Майо 2001, с. 527
  17. ^ Ловей 1998, с. 15
  18. ^ Перри и Вандеркляйн 1996, стр. 336
  19. ^ Хоултон 2014, с. 50
  20. ^ Баласубраманиан, Он и Ван 2009, с. 476
  21. ^ Ворштынович и Милль 1995, с. 361
  22. ^ Камобреко, Винсент Дж.; Ричардс, Брайан К.; Стенхейс, Таммо С.; Певерли, Джон Х.; Макбрайд, Мюррей Б. (ноябрь 1996 г.). «Движение тяжелых металлов через ненарушенные и гомогенизированные столбы почвы». Почвоведение . 161 (11): 740–750. Бибкод : 1996SoilS.161..740C. дои : 10.1097/00010694-199611000-00003.
  23. ^ Радоевич и Башкин 1999, с. 406
  24. ^ Гюней, Мерт; Загури, Джеральд Дж. (4 января 2014 г.). «Биодоступность As, Cd, Cu, Ni, Pb и Sb в игрушках и недорогих ювелирных изделиях». Экологические науки и технологии . 48 (2): 1238–1246. Бибкод : 2014EnST...48.1238G. дои : 10.1021/es4036122 . ПМИД  24345102.Значок открытого доступа
  25. ^ Цюй и др. 2014, с. 144
  26. ^ Пеццаросса, Горини и Петрузелли 2011, стр. 94
  27. ^ Ланидс, Софилд и Ю 2000, с. 269
  28. ^ Нейлен и Марвин 2008, с. 10
  29. ^ Афал и Винер, 2014 г.
  30. ^ Ванклин и Чепмен 1868, стр. 73–8; Кэмерон 1871, с. 484
  31. ^ Блейк 1884 г.
  32. ^ Дуек 2000, стр. 1–3, 46, 53.
  33. ^ Дайер 2009
  34. ^ Уортон 2011, с. 356
  35. ^ Нотман 2014
  36. ^ Чжао, Чжу и Суй, 2006 г.
  37. ^ Уолдрон 1983
  38. ^ Эмсели 2011, с. 326
  39. ^ Дэвидсон, Майерс и Вайс 2004, стр. 1025
  40. ^ New Scientist, август 2014 г., с. 4
  41. ^ Пирс 2007; Нидлман 2004 г.
  42. ^ Роджерс 2000, стр. 41
  43. ^ Гилберт и Вайс, 2006 г.
  44. ^ Приорески 1998, с. 279
  45. ^ Хиллман и др. 2015, стр. 3353–3354.
  46. ^ Хиллман и др. 2015, с. 3349
  47. ^ Всемирная организация здравоохранения, 2013 г.
  48. ^ Торрис 2016
  49. ^ Харви, Хэндли и Тейлор, 2015 г.
  50. ^ Барселу и Барселу, 1999 г.
  51. ^ Ньюман 1890 г.
  52. ^ Хейнс и Нибур 1988, стр. 504
  53. ^ Национальный исследовательский совет 1974, стр. 68
  54. ^ Тови 2011; Джонс, 2011 г.; О'Брайен и Астон
  55. ^ Валлеро и Летчер 2013, с. 240
  56. ^ Валлеро и Летчер 2013, стр. 239–241.
  57. ^ Причард 2010
  58. ^ Малвихилл и Притчард, 2010 г.
  59. ^ Cs uros 1997, с. 124
  60. ^ Бланн и Ахмед 2014, с. 465
  61. ^ Американское онкологическое общество, 2008 г.; Национальный столичный токсический центр 2010 г.
  62. ^ Эванко и Дзомбак 1997, стр. 1, 14–40.
  63. ^ Банфальви 2011, с. 12
  64. ^ Чоудхури 1987

Общие ссылки