Таблиця 2. – Дія добового поступання елементів на людину
(в розрахунку на масу 70 кг, в мг/доба)

Тому при організації системи екологічного моніторингу і оцінці шкідливого впливу на організм людини особлива увага повинна приділятися металам і їх токсичній дії.

Алюміній є елементом III-ї групи періодичної системи з атомним номером 13. Широко поширений в природі, становить 8% хімічного складу земної кори. В хімічних сполуках виявляє ступінь окислення +3.

Алюміній застосовується в складі коагулянтів як основний реагент технології питної водопідготовки, в результаті чого в основному і з’являється в питній воді.

При гідролізі алюмінію у воді можуть утворюватися різні гідрокомплекси – розчинні і нерозчинні, мономерні і полімерні, органічні і неорганічні.

Основний шлях надходження алюмінію в організм людини – з питною водою. Видалення алюмінію з організму ускладнено, біля половини його затримується в організмі до 300 днів. Накопичуючись в тканинах мозку, печінки, нирок, кісток, викликає їх функціональні порушення. Алюміній викликає порушення в синтезі ряду ферментів, сприяючи видаленню таких біоелементів як P, Mg, Ca, Na, Fe . Постійне вживання питної води з вмістом алюмінію понад 0,2 мг/л призводить до підвищення вірогідності появи таких захворювань як енцефалопатія, хвороби Альцгеймера і Паркінсона, анемія, зниження імунної реактивності та інші.

ГДК залишкового алюмінію в питній воді встановлена на рівні 0,5 мг/л за санітарно-токсикологічною ознакою шкідливості, в той час як в більшості країн Європи рекомендовано вміст алюмінію не більше 0,2 мг/л. Така ж норма встановлена ВОЗ. Новий ДержСанПіН “Вода питна”, встановивши норму 0,2 мг/л, дозволяє концентрацію алюмінію в питній воді на рівні 0,5 мг/л, якщо при водопідготовці використовуються реагенти, що містять алюміній. Існує думка, що загибель вищих форм біоти повязана з виходом в воду з донних відкладів алюмінію, летальна концентрація якого для риб – 0,2 мг/л.

Кадмій в природній воді знаходиться в стійкому стані в двовалентній формі. Як правило, кадмій є присутнім разом з цинком в карбонатних і сульфідних рудах. Його одержують також як побічний продукт при рафінуванні міді, свинцю і цинку.

Кадмій використовується для гальванічного покриття, а його сполуки - як барвники (сульфіди, сульфоселеніди кадмію), стабілізатори полівінілхлоридних пластмаси (стеарати кадмію).

Метал є ліофільним і халькофільним елементом. При природних значеннях рН гідролізується. Як двозарядна частина кадмій перебуває до рН 8, якщо немає осадників (наприклад, фосфату або сульфіду). Легко з'єднується з хлором. У відсутності аніонів-осадників кадмій може сорбуватися на завислих частинках, давати комплексні сполуки з органічною речовиною і переноситися в цих формах. В прісних підземних водах рівень вмісту кадмію коливається від 1 до 500 мкг/л. В питній воді рівень кадмію зазвичай нижче 1 мкг/л. В СНД встановлена ГДК кадмію 0,001 мг/л. ВОЗ для питних вод встановлена норма 0,003 мг/л. Середньодобове надходження кадмію в організм людини складає 10-35 мкг. Значна кількість кадмію надходить при палінні. Міжнародна асоціація вивчення раку (МАВР) відносить кадмій до канцерогенів саме при інгаляційному надходженні.

Кадмій має токсичні і кумулятивні властивості. При надходженні в організм він накопичується в печінці, нирках і селезінці, а також викликає анемію, знижує вміст кисню в крові. Нирки є основною мішенню токсичної дії кадмію. Метал викликає хворобу ітай-ітай, що проявляється в розм’якшенні кісток, кальцифікації і пієлонефриті нирок. Оскільки кадмій накопичується в органах і має тривалий період напіввиведення (10-30 років), вживання заражених продуктів на протязі тривалого часу може призвести до тих чи інших форм кадмієвої інтоксикації.

Мідь в природі широко зустрічається в самородному стані і у вигляді сульфідів, арсенідів, хлоридів і карбонатів.

Мідь широко використовується в електропромисловості, теплоенергетиці і будівництві. Кожна четверта тона добутої за всю історію людства міді видобута в останньому десятиріччі. Головне джерело надходження міді в природне середовище – стічні води виробництва кольорових металів, машинобудівних, металообробних, текстильних і інших підприємств.

В водному середовищі мідь може знаходитися в завислій, колоїдній і розчиненій формах. Остання може включати вільні іони міді і комплексні її сполуки з органічними і неорганічними лігандами. Форми знаходження міді визначаються фізико-хімічними, гідродинамічними, біологічними параметрами водного середовища, а також літологічним складом водовмісних порід. Для міді характерна інтенсивна сорбція частками глини, що залежить від дисперсності частинок, від присутності в природних або донних відкладах водойм лігандів, гумінових кислот, залізо-марганцьових оксидів, рН середовища і інших факторів.

Мідь є одним з незамінних елементів для організму людини. В деяких випадках дефіцит міді за симптомами подібний до хронічної її інтоксикації. Споживання міді з їжею звичайно складає 2-3 мг/доба, що підтримує необхідну рівновагу. Мідь малотоксична для людини, не має кумулятивних властивостей. Звичайно швидкість поглинання, утримання і виведення міді не призводять до підвищеного її вмісту в організмі. Однак, при хворобах, що викликають порушення цього механізму, тривала абсорбція міді може викликати цироз печінки. Є відомості про вплив міді на метаболізм штучно вигодуваних новонароджених. Зафіксовані гострі отруєння людей при вживанні з питною водою міді при дозі 0,14 мг/кг і вище. Канцерогенні і мутагенні властивості міді не встановлені.

Слабка токсичність міді пояснюється її проміжним положенням між м'якими і сильними кислотами за характером утворення зв'язків. Однак мідь гостротоксична для більшості прісних безхребетних. Тому ГДК питної води (європейський стандарт – 0,05 , США і СНД – 1,0 , ВОЗ – 2,0 мг/л) вище, ніж рибогосподарська ГДК – 0,01 мг/л.

Ртуть - елемент II-ї групи періодичної системи. Широко застосовується в інсектицидах, фунгіцидах, бактерицидах і фармацевтичних препаратах. Оксиди, хлориди і сульфіди ртуті застосовуються в якості каталізаторів при виробництві синтетичних полімерів. Ртуть широко використовується в термометрах, барометрах, манометрах, ліквідація яких є головним джерелом надходження ртуті в довкілля.

Ртуть в природних водах може перебувати в трьох станах - елементарному (0), одно- і двовалентному. Форми знаходження ртуті і їх розподіл залежать від рН і Еh середовища, а також від характеру і концентрація аніонів, що формують стабільні комплекси з ртуттю. Ртуть потрапляє в водні об'єкти зі стоком і через атмосферу. В складі атмосферного пилу міститься біля 112 тис.т ртуті, причому значна частина - антропогенного походження. Біля половини річного виробництва цього металу (910 тис.т/рік) різноманітними шляхами влучає в океан, здебільшого в елементарному стані і в формі ацетату фенілртуті C₆H₆Hg (CH₈ COO). Відходи, що містять ртуть, зазвичай нагромаджуються в донних відкладах заток або естуарій рік. Подальша її міграція супроводжується накопичуванням високотоксичної метилової ртуті і її включенням в трофічний ланцюг водних організмів. Так, сумну відомість придбала хворобу Мінамата, вперше виявлена японськими вченими у людей, що вживали в їжу рибу із затоки Мінамата, в яку скидали промислові стоки з техногенною ртуттю.

Ртуть і її сполуки надзвичайно токсичні для людини, вони акумулюються в нирках, печінці, головному мозку. Основний орган-мішень для неорганічної ртуті – нирки. Метилртуть вражає головним чином центральну нервову систему. Летальна доза ртуті при споживанні з питною водою складає 75-300 мг/сут. Симптоми ртутної інтоксикації - атаксія, пригнічення периферійного сприйняття і рефлексу кінцівок.

В неорганічній формі ртуть в поверхневих і підземних водах присутня зазвичай в концентрації нижче 0,5 мкг/л. Середньодобове споживання ртуті варіює від 2 до 20 мкг на добу на людину. ГДК сполук ртуті в рибогосподарських водоймах – 0,005 мг/л, а в водоймах санітарно-побутового призначення – 0,2 мг/л. ГДК ртуті для питної води в СНД встановлене на рівні 0,0005 мг/л, ВОЗ рекомендує величину 0,001 мг/л .

Свинець використовується для виробництва боєприпасів, фарб, тетраетилсвинцю, типографського сплаву, припою, кабелів, скла, глазурі, акумуляторів, хімічних препаратів і барвників, для захисту від гамма-випромінення, в якості стабілізатора пластмаси.

Автомобільні викиди свинцю дають біля 50% загального неорганічного свинцю, що надходить в організм людини. Із-за цього в багатьох країнах заборонено використання тетраетил- і тетраметилсвинцю в якості антидетонаторів для бензину. В неорганічній формі свинець менш токсичний, ніж мідь і ртуть. Гострий і хронічний його вплив виявляється при концентрації 0,1-5 мг/л. ГДК свинцю в СНД – 0,03 мг/л, ВОЗ і ДержСанПіН "Вода питна" рекомендують концентрацію 0,01 мг/л. Багато сполук свинцю (галоїди, сульфати, фосфати і гідроксиди) нерозчинні і тому володіють відносно низькою токсичністю. Розчинні сполуки свинцю більш токсичні. В організмі людини біохімія свинцю схожа з кальцієм, що зумовлює його високу концентрацію в скелеті.

Свинець вражає нервову систему, кістковий мозок і кров, судини, генетичний апарат клітки, впливає на синтез білка і проявляє гонадотоксичну і ембріотоксичну дію. За результатами досліджень на тваринах було встановлено, що свинець, що надходить в високій концентрації з кормом, викликає рак нирок. На цій основі МАВР віднесла свинець і його неорганічні сполуки до класу можливих канцерогенів для людини.

Цинк в природних умовах зустрічається в виді таких мінералів, як цинкова обманка (ZnS), смітсоніт (ZnCo₃ ), цинкіт (ZnO) і ін. Найбільше промислове значення мають карбонатні і сульфідні руди цинку. Цинк являє собою синювато-білий метал, що плавиться при 41 9° С, а при 913° С випаровується; густина його - 7,14 г/см³ . При звичайній температурі цинк досить крихкий, але при 100-110° С він добре гнеться і прокачується в листи. На повітрі цинк покривається тонким шаром окису або основного карбонату, що захищає його від подальшого окиснення.

Цинк використовується в якості покриття заліза і сталі, для виготовлення сплавів з високим вмістом елементу, для отримання латуні. ZnS застосовується в барвниках, ZnSO₄ - при виробництві віскози, ZnCl₂ – для дезинфекції деревини.

Цинк гідролізується при рН 7-7,5 з утворенням відносно стабільного Zn(OH)₂ при рН >8. При рН 6,7 цинк присутній в воді в двовалентній формі, досяжній для сорбування з органічними речовинами. Значні кількості цинку переносяться і випадають з атмосферними опадами, вміст в яких досягає 8-330 мкг/л. Антропогенне надходження цинку в довкілля на 700% перевищує природне. Вміст цинку в незабруднених водах - від 0,5 до 15 мкг/л. Токсичність цинку для водних рослин змінюється від 0,0075 до 50 мг/л, для багатьох видів риб вона надто істотно залежить від температури навколишнього водного середовища. Цинк життєво необхідний для ссавців, бо він грає важливу роль в біосинтезі нуклеїнових кислот, РНК- і ДНК-полімераз. Встановлено, що цинк - обов'язковий складник ферменту крові, карбоангідрази. Цей фермент міститься в еритроцитах. Карбоангідраза прискорює виділення вуглекисню в легенях. Крім того, вона допомагає перетворити частину СО₂ в іон НСО₃ , що грає важливу роль в обміні речовин. Токсичність цинку для людини залежить багато в чому від його синергізму або антагонізму з іншими важкими металами, особливо з кадмієм. Підвищена акумуляція важких металів може призводити до дефіциту цинку в організмі людини, що виявляється в пригніченні ферментної активності, а також в більш уповільненому заживанні ран.

Небезпеку гострого інгаляційного отруєння представляють аерозоль металевого цинку, його оксиди і хлориди, що викликають литійну пропасницю, а також нудоту, рвоту, хронічну пневмонію. При впливі цинкового пилу з'являються подразливість, безсоння, зниження пам'яті, шлунково-кишковий розлад. Багато сполук цинку, передусім його сульфат і хлорид, токсичні. Відомо, що досить багато цинку міститься в отруті змій, особливо гадюк і кобр. Цинк володіє кумулятивним токсичним ефектом.

Стронцій є елементом II-ї групи періодичної системи з атомним номером 38. В хімічних сполуках виявляє ступінь окислення +2, швидко окислюється на повітрі. Енергійно реагує з водою з утворенням гідрооксиду і виділенням водню. По інтенсивності поглинання біомасою стронцій займає 4-е місце після міді, цинку і барію. Середня концентрація елементу в річковій воді 80 мкг/л.

Стронцій застосовується в металургії для розкислення міді і бронзи; в електровакуумній техніці; в сплаві зі свинцем і оловом - для виробництва акумуляторів. Широко застосовуються штучні радіоактивні метали: стронцій-89 - для визначення пошкодження кабелів; стронцій-90 - як джерело α-випромінення. Гідроксид стронцію вживається для виготовлення суміші виділення цукру з патоки; хлорид - в холодильній промисловості, косметиці і медицині; хромат - для захисту від корозії, як пігмент при виготовленні фарб. Карбонат стронцію входить в склад глазурей, стійких до атмосферного впливу.

Актуальною є проблема стронцію-90, що використовується в якості джерела енергії для атомних електричних батарей. Його висока міграційна спроможність зумовила радіоактивне забруднення ґрунтів, вод і продуктів харчування людини. Підземні сульфатні води порівняно бідні стронцієм внаслідок його низької розчинності. Гідрокарбонатні води відносно збагачені даним елементом. Найбільш сприятливі умови створюються в хлоридних водах, де відсутні осадники цього металу.

Надлишок стронцію в організмі людини призводить до ураження кісткової тканини, печінки і крові. Є дані про зобогенний ефект металу і його дію як нервової і мускульної отрути. Радіоактивний ізотоп стронцій-90, із-за біохімічної спорідненості з кальцієм заміщує його і накопичується в кістковій тканині. Це призводить до тривалого локального променевого впливу на навколишні клітини, викликає їх переродження в злоякісну форму з наступними тканинними змінами і ураженням цілих органів і систем.