Poluantii persistenti, biodegradabili si toxici (PBT) din mediu: POP, metale grele

CHIMIA MEDIULUI

Poluantii persistenti, biodegradabili si toxici (PBT) din mediu: POP, metale grele

Conventia de la Stockholm

Poluantii persistenti, biodegradabili si toxici (PBT) din mediu: POP, metale grele

PBT sunt poluanti chimici de natura organica sau anorganica ce poseda urmatoarele caracteristici:

Persistenta - inseamna prezenta in mediul in care au patruns sau in care sunt transportati un timp indelungat datorita rezistentei la orice tip de degradare in forme netoxice si posibila lor bioacumulare si biomagnificare in lantul trofic. Acesti polunati trec dintr-un mediu in altul: atmosfera -apa -organisme vii.

Bioacumulare - PBT   sunt chimicale a caror concentratie creste in cadrul lantului trofic. Dupa ce ajung in organisme vii nu se degradeaza imediat si se depoziteaza in tesuturi grase iar apoi trec mai departe , in partea superioara la lantului trofic si la un nivel de concentratie mai mare.

Toxicitate  - cei mai reprezentativi poluanti PBT sunt foarte toxici si expunere la acesti poluantiproduce nenumarate efectelegate de sanatate, ca de ex: afectare org. interne, a sistemului nervos, sist de reproducere, scurtarea vietii, aparitia unor cancere.

Poluantii prioritari de nivel 1 din clasa PBT, sunt:

Aldrin 

alchil-plumb

benzipiren

toxafen

clordan

DDT, DDD si DDE[1]

Dioxine/furani

Hexaclorbenzen

Hg si compusii sai

Mirex

Ortaclorostiren

PCB-urile

Sursele acestora sunt:

Naturale: Hg, alchil-Pb

Produsi industriali: PCB

Pesticide: aldrin, dieldrin

Accidentale: benzopiren, dioxine si HCB

PCB sunt foarte periculosi datorita faptului ca se acumuleaza usor in tesuturi grase iar metimercurul pentru ca se acuuleaza in muschi. Grupa cea mai expusa riscului sunt animalele de prada si copii.

Pb, s-a concentrata in mediu in urma activitatilor de minerit si este folosit in primul rand in acumulatoare ca mercur organic si ca aditiv la benzina.

Hg, ajunge in mediu in 3 forme: Hg metalic, Hg combinat cu clor si radicali alchil

Benzopiren este produs secundar la combustia incompleta a materialului biologic

Ortoclorostiren, este prod. sec. la incinerarea hidrocarburilor clorurate.

Dioxine si furani, pro. sec. la incinerarea reziduurilor medicale si celor peric.

HCH[2] prod. sec. industrial la sinteza compusilor organici clorurati

PCB[3] prod. ind. Folositi ca lubrifiantisi lichide de racire si pro. sec. la incinerari.

Aldrin si dieldrin insecticide de sol pt controlul vectorilor si bolilor cauzate de insecte.

Clordan este un amestec de 50 de chimicale folosite impotriva termitelor.

DDT folosit pentru controlul insectelor vector si a celor ce produc peste la unele culturi indstriale (bumbacul) sau ornamentale.

Eliminarea totala a acestor poluanti este imposibil de realizat intr-un interval scurt, de aceea se aplica prevenirea agresarii in viitor al mediului de acest tip de poluanti.

Expunere la acesti poluantieste un risc major pt populatie, femeile si copii fiind cu risc mai ridicat

2) POP - poluanti organici persistenti

POP sunt un grup de chimicale toxice, majoritatea sintetice (exista si naturale), care afecteaza grav sanatatea umana si mediul. Acesti poluanti pot fi usor transportati de vant si de apa, de aceea efectele poluarii lor se exteind pe arii mai mari, depasind arealul expunerii. Acesti poluanti sunt persitenti deoarece au timpul de injumatatire de ordinul anilor, chiar a zecilor de ani, si se pot bioacumula in tesuturi grase iar prin trecerea de la o specie la alta in cadrul lantului trofic se pot bimagnifica.

Grupul POP cuprinde un nr vast de substante:

Chimicale produse intentionat, folosite in agricultura, manufactura sau proc industriale

Chimicale produse neintentionat, dioxine aparute ca produsi secundariin anumite procese(industriale, de combustie)

POP au mai multe caracteristici:

sunt substante toxice - pot cauza decese, efecte neg asupra sanatatii

sunt compusi persistenti in mediu - dupa patrundere pot ramane in mediu perioade indelungate. Aceasta se datoreaza degradarii lor chimice si biochimice f lente. Undele dintre ele pot strabate dist. f. mari prin atmosfera, ajungand in ape reintrand in atm pana in zonele cu clima rece - Efectul grierului.

Solubilitatea lor f. scazuta in apa si f. ridicata in grasimi si uleiuri - aceasta propr.face ca polunatii sa fie solubile in tesuturile grase si sa devina biodisponibili pt mamifere. Bioacumularea ajunge pana primul nivel in lantul trofic. In ape, acesti pot bioconcentra in tesuturile grase ale pestilor cu un factor de peste 70.000 de ori concentratia din apa.

Sunt semi-volatile

3) Metale grele

Metele grele prezente normal in natura nu sunt periculoase pentru mediu, pt ca sunt prezente in cantitati mici. Devin poluanti doar daca apara in mediu in cantitati mai mari decat nivelul natural si de obicei cauza acestiu fapt este industrializarea.

Metalele prezente in apa se pot clasifica in 5 categorii:

care altereaza proprietatile organoleptice ale apei: Fe, Mn, Cu si Zn

toxice la concentratii mici: As, B, Ba, Cd, Cr, Hg, Pb si Se

toxice dar care la nivele uzuale la care sunt prezente in apa nu sunt toxice: Ag, Be, Bi, Ni, Sb

netoxice la nivelul de concentratie de ord ppm (mg/l apa): Ga, Ge, Sn, Ti, V, Sn

care la nivelul de concentratie ppb pana la ppm sunt nutrienti iar la nivele mai mari sunt toxici: B, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn.

In apa metalele sunt prezente in diferite forme si anume:

Metale dizolvate: partea de metale din apa neacidulata care trece printr-un filtru de membrana de 0,45 micrometri;

Metale prezente in suspensie: partea de metale din apa neacidulata care este retinuta de filtru de membrana de 0,45 micrometri;

Metale totale: concentratia totala de metale din apa determinata dupa o dezagregare puternica ( inca se mai foloseste apa regala) sau suma metalelor dizolvate si metalelor in suspensie;

Metale extractabile in mediul acid: concentratia metalelor din proba de apa dupa ce proba nefiltrata este tratata la cald cu acid mineral diluat.

Dintre acestia, reprezentantii cei mai studiati sunt: Cr, Cd, Hg, Pb, As, Zn, Mn si Ag.

Cadmiul poate fi gasit in principal in scoarta terestra. Se gaseste intotdeauna in combinatie cu zincul. Cadmiul se regaseste, de asemenea, in industrie, ca un produs secundar inevitabil al procesului de extractie al zincului, plumbului si cuprului. Ajunge in mediu in principal prin intermediul solului deoarece poate fi gasit in ingrasaminte si pesticide.

Sursele antropogene ale cadmiului in mediu sunt: electrodepuneri, stabilizatori pentru mase plastice, pigmenti, acumulatoare nichel - cadmiu.

Mici cantitati de cadmiu sunt prezente in tigari, cafea, ceai, ingrasaminte fosfatice si rezulta la arderea carbunilor. Nivelul de cadmiu este mai mare in orase decat in zonele rurale, datorita activitatilor industriale.

Cadmiul nu este considerat un element esential in procesele biologice, dar datorita proprietatilor asemanatoare cu cele ale zincului, il poate inlocui pe acesta in enzime. Datorita toxicitatii ridicate, prezinta un pericol ridicat pentru organismul uman. Otravirea cu cadmiu duce la porozitatea oaselor si chiar la colaps scheletic (boala Itai-Itai).

Cadmiul se prezinta in mediu in general sub forma dizolvata ca ioni Cd²⁺ , dar si compusi de cadmiu insolubil (CdS precipitat galben).

In apele naturale care cotin ioni carbonati are loc precipitarea CdCO .

Cd²⁺ + CO ^2- ↔ CdCO²

In contact cu apele acide carbonatul de cadmiu va trece in solutie:

CdCO + 2 H⁺ ↔ Cd²⁺ CO₂ + H₂O

Cromul

Majoritatea rocilor si solurilor contin mici cantitati de crom. In stare naturala cromul este in forme insolubile, cele solubile gasite in sol sunt rezultatul contaminarii datorate emisiilor industriale.

Exista doua procese antropogene care polueaza mediul cu crom, si anume, procesul de tabacire a pieilor unde se foloseste sulfatul de crom in mediu bazic, si procesul de acoperire a metalelor ( cromare), care foloseste comatul de sodiu in mediu de acid sulfuric.

Cromul are multe utilizari si sub forma de aliaje, ca agent oxidant, inhibitor al coroziunii, pigment pentru textile si sticle, etc.

Dintre cele doua forme solubile Cr (III) si Cr (VI), cromul hexavalent este cancerigen. Cromatul este iritant pentru ochi, nas si plamani. Expunerea prelungita la cromati poate provoca efecte adverse asupra ficatului, rinichilor si poate produce cancer. Concentratiile mici de cromat, pot cauza dermatite.

Expunerea majora la cadmiu pentru om vine din produsele alimentare si din vecinatatea cu emisii industriale ce contin cadmiu.

Mercurul se gaseste (in natura), in trei forme: elementar, anorganic si organic.

Este singurul metal din tabelul periodic al elementelor care este lichid la temperatura camerei.

Toti suntem expusi la mici cantitati de mercur existente in aer, apa si alimente; dar in doze mari, mercurul poate avea efecte daunatoare asupra sistemului nervos central, rinichilor si plamanilor. La copii, efectele asupra sistemului nervos central pot induce greutati in procesul de invatare, precum si intarzierea dezvoltarii mentale.

Mercurul patrunde in mediul acvatic din surse naturale prin meteorizare, dar si in ura activitatilor umane ca de exemplu:

- Ape reziduale industriale din industria cloro-sodica si din industrii care folosesc ca si catalizator de regula sulfat de mercur;

- Din operatii miniere;

- Din agricultura unde se folosesc compusii mercurului ca fungicide

In mediu, mercurul se va comporta in functie de conditiile in care se va gasi.

In conditii anaerobe, ionul mercur se transforma in sulfura de mergur insolubila:

Hg ²⁺ S^2- ↔ HgS

In acest caz, mercurul nu prezinta un pericol semnificativ, pentru ca sulfura de mercur, este foarte greu solubila si nevolatila.

In conditii aerobe, ionii de mercur se metileaza, fromand ionul metilmercur:

Hg²⁺ → CH₃ Hg⁺

CH₃ → (CH₃) ₂Hg

Pericolul pe care il reprezinta mercurul, depinde de forma lui chimica. Ionul anorganic Hg²⁺ perturba functiile ficatului si rinichiilor. Ionul metilmercur, are efecte asupra circulatiei sanguine a creierului, produce depresii, iritabilitate, paralizie, sangerari, etc. Amandoua forme ale mercurului interactioneaza cu sulful din proteine si enzime, perturbandu-le functionarea normala, dar complecsii formati sunt diferiti si au efecte diferite in corp. Metilarea mercurului are loc in mediu apos, caz in care mercurul poate bioconcentra in pesti.

Expunerea la Hg prin hrana are loc rin consumul de poduse marine sau prin cereale contaminate.

Hg duce la 2 tipuri de contaminari: acuta prin ingerarea sarurilor solubile de Hg sau aspirarea vaporilor de , cronica prin absorbtia regulatade mici cant de

Plumbul este una din cele mai abundente metale grele din natura, are proprietati cumulative si a fost printre primele metale folosite de om pe scara larga. Nu este un element nutritional esential si este toxic pentru om, din aceasta cauza monitoriyarea sa fiind foarte importanta. O sursa importanta de plumb in mediu este activitatea industriala, in special sub forma de metal (conducte, cabluri, acumulatoare), dar si sub froma de compusi (coloranti sau aditivi pentru benzina).

Cea mai importanta sursa antropogena de poluare cu plumb in mediu este combustia benzinei cu plumb.

Principalele surse de expunere umana la plumb sunt:

- Inhalarea particulelor din aer;

- Incerarea plumbului din hrana;

- Plumbul din apa;

- Plumbul din fumul de tigari.

In mediu, plumbul sufera putine transformari si se gaseste ca ion Pb²⁺ sau ca si compusi de plumb insolubili. Schimbarile in mediu depind de unele procese de precipitare si dizolvare in functie de conditiile de mediu.

Plumbul se leaga puternic de enzime si proteine ca Adn si ARN, perturband procesele metabolice. Plumbul este o otrava cumulativa. Timpul de rezistenta in sange si tesuturi moi este de o luna dar in ficat este de 50 de ani.Simptomele otravirii cu Pb includ: hipertensiune, hiperactivitate, afectiuni ale crierului, perturbari ale fluxului sanguin.

In apa de baut sursele majore de Pb sunt condectele de la sistemul de canalizare, solul si ploile, apele reziduale industriale.In hrana Pb ajunge din praful contaminat depus pe vegetale in timpul cresterii.Expunerea la Pb prin hrana vine din fructe si cereale, iar in lantul trofic din depunerea prafuluicontaminat direct pe plante.

Staniu

Compusii staniului sunt chimicale cu efecte variate pt mediu. In timp ce compusii anorganici ai staniului au toxicitate scazuta, compusii organometalici cu tributilstaniu, trifenilstaniu, sunt f toxici. Sunt constituienti ai vopselelor antivegetative fol la vopsirea ambarvatiunilor, deci s-a stabilit CMA de 0,002-0,008 ppb.

Arsenul este cel mai important element metalic al apelor, foarte toxic. Doza letala este de 100 mg la ingerare. Unii compusi ai arseniului sunt cancerigeni. Arseniul se gaseste in roci care contin ionul fosfat, si este prezent ca impuritate in detergentii si in ingrasamintele care deriva din aceste roci.

Arsenul se gaseste in starile de oxidare III si V.

Compusii arsenului au fost folositi ca insecticide (arsenatul de sodiu si cupru), dar acum nu se mai folosesc. Din arderea combustibilului fosil, anual in atmosfera ajung in jur de 5000 t de arsen. Acesta este concentrat in aerosol, si de aici ajunge in hidrosfera.

In mediul apos, arsenul este prezent sub forma de compusi anorganici ca:

- As(OH) ₃ sau unul din ionii ce deriva de la acidul arsenos H₂AsO₃ ,HAsO₃ , AsO₃

- H₃AsO₄, sau unul din ionii care deriva de la acidul arsenic H₂AsO₄ , HAsO₄, AsO₄

Corpul uman, poate elimina destul de eficient arsenul elementar, dar si arsenul in stare de oxidare +5 prin rinichi, in schimb arsenul in stare de oxidare +3 se acumuleaza in piele, unghii, par si mai ales in diferite organe interne.

Simptomele otravirii cronice cu arsen sunt: pierderea poftei de mancare, stari de voma, diareea, slabiciune genrala, neurite periferice. Moartea datorata expunerii cronice la arsen, pare naturala, motiv pentur acre a fost folosit in decursul istoriei ca otrava preferata a familiilor regale.

Conventia de la Stockholm

In mai 2001 la Stockholm sub ediga ONU mai mult de 90 de tari au fost de acord sa adopte Conventia de la Stockholm referitor la reducerea sau chiar eliminarea productiei, folosirii si descarcarii in mediu a 12 poluanti organici persistenti. Conventia a stipulat si conditiile care permit adaugarea pe aceasta lista si a altor poluanti persistenti periculosi la nivel global.