Примерное время чтения: 7 мин.
Наибольшую потенциальную опасность для окружающей среды представляют такие загрязнители как нефть и тяжелые металлы: ртуть, свинец, кадмий, медь, цинк, хром. Попадая в водоемы со сточными водами промышленных предприятий, тяжелые металлы вызывают необратимые изменения природных экосистем. Стоит отметить, что для тяжелых металлов в принципе не существует механизмов самоочищения, они лишь перемещаются из одного природного резервуара в другой, взаимодействуя с различными группами живых организмов.
Загрязнение тяжелыми металлами стоит в одном ряду с такими острыми проблемами как загрязнение химическими веществами и радионуклидами. Среди группы тяжелых металлов важное значение придается соединениям хрома, которые являются одними из наиболее распространенных и канцерогенных загрязнителей сточных вод промышленных предприятий.
В последние годы хром стал одним из основных факторов, определяющих антропогенный фон загрязнения биосферы. К настоящему времени есть данные, свидетельствующие о том, что соединения хрома оказывают не только общетоксическое, но мутагенное и канцерогенное действие на человека и животных. Такое разностороннее вредное действие соединений хрома на организм человека вынуждает предъявлять повышенные требования к его содержанию в водоемах.
Металлический хром (Cr) представляет собой хрупкое твердое вещество от голубоватого до стального серого цвета, часто встречается в виде серого порошка, который горит при нагревании пламенем. Хром также содержится в хромовой кислоте (HCrO3), соединениях хрома и хроматах. Хром ценится за высокую коррозионную стойкость и твердость. Чаще всего он используется в качестве сплава (феррохрома) в нержавеющей стали и при хромировании.
Металлический хром добавляется в легированную сталь для повышения прочности и коррозионной стойкости. Соединения хрома используются для гальванизации на металлических деталях для обеспечения декоративного или защитного покрытия.
Естественным источником хрома для человека являются растения. Хром содержится во многих овощах, ягодах и фруктах, в некоторых лекарственных растениях (сушеница топяная, гинкго билоба, мелисса), а также в рыбе, креветках, крабах, печени, куриных яйцах, пивных дрожжах и черном перце. В организме человека содержится около 6 мг хрома.
Одна из основных функций хрома — усвоение сахара. Дефицит хрома снижает активность инсулина и толерантность к глюкозе, вызывая состояние, известное как преддиабет. При развитии диабета способность организма абсорбировать хром возрастает в разы. В медицине отдельные изотопы хрома используют в радиоизотопной диагностике. Пиколинат и аспарагинат хрома применяют в качестве биологически активной добавки к пище, а также как компонент витаминно-минеральных комплексов.
Хром — жизненно важный микроэлемент, который является постоянной составной частью клеток всех органов и тканей. Однако при избыточном поступлении в организм он может стать опасным токсикантом. Токсической дозой для человека является 200 мг, а летальной — более 3-х грамм. Также при оценке того, насколько общий хром опасен для организма, важно учитывать, из каких компонентов состоит данный показатель. Дело в том, что различная степень окисления металла кардинально меняет характер его воздействия на живые организмы.
Хром существует в разных валентных состояниях. Элементы такого типа, отдавая электроны, участвуют в окислительно-восстановительных процессах и в результате этого влияют на биохимические процессы, интенсивность обмена веществ. Многие свойства хрома, в частности его токсичность, связаны с его валентностью: с её увеличением усиливается токсичность за счет большого связывания активных групп с образованием различных комплексов.
Наиболее часто встречаются две основные формы:
- трёхвалентный (Cr3+) содержится в пищевых продуктах и является биологически активным;
- шестивалентный (Cr6+) образуется в результате промышленного загрязнения.
Трехвалентный элемент является важным строительным элементом для физиологических процессов при соблюдении дозировок. Однако источником его получения служит не только вода, но и продукты питания, в частности, овощи, фрукты и мясо. Его порог опасности находится на уровне 0,5 мг/л.
Шестивалентный хром Cr(VI) может использоваться в качестве пигментов в красителях, красках и пластмассах. Он также может использоваться в качестве антикоррозионного агента, добавляемого в краски, грунтовки и другие поверхностные покрытия. Однако, шестивалентный хром наиболее опасен, он может приводить к различным заболеваниям, в том числе онкологическим. В настоящее время на предприятиях нет универсального метода очистки от шестивалентного хрома, в основном используется реагентный способ, в результате которого шестивалентный хром переводят в трехвалентное состояние.
Шестивалентный металл гораздо сложнее. Эта степень окисления представляет опасность для организма, так как он способен аккумулироваться в клетках и тканях, поскольку биохимические процессы его не разлагают. Превышение концентраций этого металла вызывает очень серьезные последствия, в числе которых:
- саркома (онкологическое заболевание соединительной ткани),
- лейкемия (онкологическое заболевание кроветворной системы),
- остеосаркома (онкологическое заболевание костной ткани).
Шестивалентный хром, или хром-6, получил известность благодаря голливудскому фильму 2000 года «Эрин Брокович» с Джулией Робертс в главной роли. Сценарий фильма основан на реальной истории. Жительница штата Калифорния Эрин Брокович боролась против местной энергетической компании, которая загрязняла грунтовые воды хромом-6, из-за чего люди заболевали раком и умирали. Однако первые сведения о том, что у рабочих, контактирующих с соединениями хрома, частота рака легких выше, чем у рабочих других отраслей промышленности, стали поступать от исследователей Германии, Англии, США, Японии уже с 1930-х годов.
На предприятиях, где проходят процессы хромирования, вся сточная вода разделяется на стоки. Хромосодержащие стоки переводят в трехвалентное состояние, затем хром извлекается с помощью фильтров. Чтобы извлекать трехвалентный хром, предприятиям ежегодно для проведения только восстановительных реакций требуется 5 тонн серной кислоты или 10 тонн железного купороса и 5 тонн гидроксида натрия.
Общий хром чаще всего нейтрализуется именно в сточных водах. Помимо биохимических реакций и механического фильтрования, применяются:
- электрокоагуляция
- электродиализ
- электрохимическое восстановление
Эти промышленные методики позволяют эффективно очищать большие объемы сточных вод, делая их безопасными для окружающей среды.
Для очистки питьевой воды используются:
- коагуляция
- ионный обмен
- взаимная нейтрализация
Москва
