Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- saasteainete_kaeitumisest_keskkonnas [2012/04/08 23:21]
root
+++ saasteainete_kaeitumisest_keskkonnas [2020/02/11 16:53] (current)
@@ Line 57: / Line 57: @@
 Joonis 22. Saasteainetega keskkonnas toimuvad protsessid ja neid iseloomustavad jaotuskoefitsiendid
-Ainete lahustuvus vees ja jaotuskoefitsient Kow  (3.taseme pealkiri)
+**Ainete lahustuvus vees ja jaotuskoefitsient Kow**
 Aine lahustuvus vees on väga oluline omadus, mis tugevalt mõjutab aine käitumist keskkonnas, tema liikuvust keskkonnas ja organismide vahel, samuti  aine imendumist ja jaotumist organismides.
-Vesi on polaarne vedelik. Hapniku aatom vee molekulis tõmbab elektrone vesiniku aatomitest rohkem enda poole ja selle tulemusena on hapniku aatom negatiivsemalt laetud kui vesiniku aatomid. Positiivse ja negatiivse laengu eraldatust molekulis iseloomustatakse kui polaarsust. Kuna vastasnimelised laengud tõmbuvad, tekib vees vesinikside vesiniku aatomite ja naabermolekuli hapniku aatomi vahel, nii ümbritseb iga vee molekuli neli vee molekuli  .  Erinevalt veest ei toimu näiteks mittearomaatsetes süsivesinikes  positiivsete ja negatiivsete laengute jaotust ning sel juhul on tegemist mittepolaarsete ühenditega. Anorgaanilised soolad on vees lahustuvad, kuna katioonid ja anioonid on tugevas vastastoimes vastasnimeliselt laetud osaga vee molekulist. Samuti on vees suhteliselt hästi lahustuvad mitmed polaarsed orgaanilised ained, mis sisaldavad hapniku või lämmastiku aatomeid, nagu näiteks alkoholid ja amiinid. Kui palju ainet teatud tingimustel saab vees lahustuda, näitab lahustuvus. Aine lahustuvust võib defineerida kui aine maksimaalset hulka, mis lahustub puhtas vees tasakaalutingimustes kindlal temperatuuril. Kõik orgaanilised ained lahustuvad vees mõningal määral, kuigi mitmete ainete kontsentratsioonid vees võivad olla väga madalad, nagu näiteks DDT korral 8,4×10-6 mol/m3. Etanool on aga näide sellisest ainest, mis lahustub vees piiramatult. Näiteid orgaaniliste ainete vees lahustuvusest on toodud tabelis 4.
+Vesi on polaarne vedelik. Hapniku aatom vee molekulis tõmbab elektrone vesiniku aatomitest rohkem enda poole ja selle tulemusena on hapniku aatom negatiivsemalt laetud kui vesiniku aatomid. Positiivse ja negatiivse laengu eraldatust molekulis iseloomustatakse kui polaarsust. Kuna vastasnimelised laengud tõmbuvad, tekib vees vesinikside vesiniku aatomite ja naabermolekuli hapniku aatomi vahel, nii ümbritseb iga vee molekuli neli vee molekuli  .  Erinevalt veest ei toimu näiteks mittearomaatsetes süsivesinikes  positiivsete ja negatiivsete laengute jaotust ning sel juhul on tegemist mittepolaarsete ühenditega. Anorgaanilised soolad on vees lahustuvad, kuna katioonid ja anioonid on tugevas vastastoimes vastasnimeliselt laetud osaga vee molekulist. Samuti on vees suhteliselt hästi lahustuvad mitmed polaarsed orgaanilised ained, mis sisaldavad hapniku või lämmastiku aatomeid, nagu näiteks alkoholid ja amiinid. Kui palju ainet teatud tingimustel saab vees lahustuda, näitab lahustuvus. Aine lahustuvust võib defineerida kui aine maksimaalset hulka, mis lahustub puhtas vees tasakaalutingimustes kindlal temperatuuril. Kõik orgaanilised ained lahustuvad vees mõningal määral, kuigi mitmete ainete kontsentratsioonid vees võivad olla väga madalad, nagu näiteks DDT korral 8,4×10-6 mol/m<sup>3</sup>. Etanool on aga näide sellisest ainest, mis lahustub vees piiramatult. Näiteid orgaaniliste ainete vees lahustuvusest on toodud tabelis 4.
 Ainete polaarsust või mittepolaarsust hinnatakse biokeemias ja keskkonnateadustes hüdrofoobsuse ehk lipofiilsusega. Erinevalt veest, mis on polaarne lahusti, on rasv mittepolaarne ja seetõttu kasutatakse aine mittepolaarsuse iseloomustamiseks mõistet hüdrofoobne (vett kartev) või lipofiilne (rasva armastav). Kui orgaanilisi vedelikke, nagu oktanool ja heksaan, mis ei lahustu vees olulisel määral, segada veega, tekib kahefaasiline süsteem, kus väiksema tihedusega vedelik jääb pinnale. Aine tasakaalulist jaotust eri faaside vahel iseloomustab joonis 23.
@@ Line 83: / Line 84: @@
 Samamoodi nagu ained jaotuvad segunematute vedelike vahel, jaotuvad nad keskkonnas eri osade – vee, põhjasetete või mulla ja õhu ning elusorganismide vahel. Samuti saab jaotumist tasakaalu püstitumisel iseloomustada jaotuskoefitsientidega.
-Ainete jaotumine: õhk-vesi  (3.taseme pealkiri)
+**Ainete jaotumine: õhk-vesi**
 Näiteks seda, kuidas on ühend jaotunud gaasifaasi ja sellega kontaktis oleva veefaasi vahel, iseloomustab jaotuskoefitsient:
-Kõhk-vesi :  Kõhk-vesi =Cõhk/C vesi      (3)
+K<sub>õhk-vesi</sub> :  K<sub>õhk-vesi</sub> =C<sub>õhk</sub>/C <sub>vesi</sub>      (3)
-Cõhk ja Cvesi on aine kontsentratsioon vastavalt õhus ja vees. Lahjades lahustes kehtib Henry seadus,  aine jaotust õhu ja vee vahel iseloomustab Henry konstant KH:
+C<sub>õhk</sub> ja C<sub>vesi</sub> on aine kontsentratsioon vastavalt õhus ja vees. Lahjades lahustes kehtib Henry seadus,  aine jaotust õhu ja vee vahel iseloomustab Henry konstant KH:
-KH=  p/ Cvesi  (4)
+KH=  p/ C<sub>vesi</sub>  (4)
-kus p on aine osarõhk lahuse kohal (Pa), Cvesi  on aine kontsentratsioon vees (mol/m3) ja KH on Henry konstant (Pa m3/mol). Jaotuskoefitsient on Henry konstant, mida saab iseloomustada dimensiooniga ja mis võib olla erinev sõltuvalt valitud ühikutest. Henry konstandi väärtus sõltub aine aururõhust (lenduvusest) ja lahustuvusest vees.
+kus p on aine osarõhk lahuse kohal (Pa), Cvesi  on aine kontsentratsioon vees (mol/m<sup>3</sup>) ja KH on Henry konstant (Pa m<sup>3</sup>/mol). Jaotuskoefitsient on Henry konstant, mida saab iseloomustada dimensiooniga ja mis võib olla erinev sõltuvalt valitud ühikutest. Henry konstandi väärtus sõltub aine aururõhust (lenduvusest) ja lahustuvusest vees.
 Henry konstanti võib väljendada ka dimensioonita vormis, kui väljendame aine rõhku lahuse kohal kontsentratsioonina ühikutes mooli liitri kohta, saame dimensioonita Henry konstandi:
-KDH =Kõhk-vesi = Cõhk/Cvesi                   (5).
+KDH =K<sub>õhk-vesi</sub> = C<sub>õhk</sub>/C<sub>vesi</sub>                   (5).
 Rakendades seadust  pV=nRT  ja asendades eelnevasse võrrandisse (5), saame KH ja KDH  omavahelise suhte: KDH  = KH /RT  (6).
@@ Line 105: / Line 106: @@
 Põhjasetete ja vee vaheline jaotuskoefitsient  Kd on avaldatav järgmiselt:
-Kd= Csete /Cvesi = fOC*CsOC/Cvesi= fOC *KOC     (7)
+Kd= C<sub>sete</sub> /C<sub>vesi</sub> = fOC*CsOC/C<sub>vesi</sub>= fOC *KOC     (7)
+kus C<sub>sete</sub> ,CsOC, C<sub>vesi</sub>  on saasteaine kontsentratsioon vastavalt setetes, setete orgaanilises süsinikus ja vees. fOC on orgaanilises aines seotud süsiniku fraktsioon setetes ja KOC on setete/vee jaotuskoefitsient vastavalt orgaanilise süsiniku järgi. Samamoodi saab iseloomustada saasteainete jaotumist vee ja mulla vahel. Mõne orgaanilise aine KOC väärtus on toodud tabelis 4.
-kus Csete ,CsOC, Cvesi  on saasteaine kontsentratsioon vastavalt setetes, setete orgaanilises süsinikus ja vees. fOC on orgaanilises aines seotud süsiniku fraktsioon setetes ja KOC on setete/vee jaotuskoefitsient vastavalt orgaanilise süsiniku järgi. Samamoodi saab iseloomustada saasteainete jaotumist vee ja mulla vahel. Mõne orgaanilise aine KOC väärtus on toodud tabelis 4.
 On teada, et setetes ja mullas olev orgaaniline aine omab tugevat jõudu sorbeerida lipofiilseid ühendeid. Eeldatakse, et toimuvad sorptsiooni ja desorptsiooni protsessid ja kuna enamikul juhtudel on tegemist saasteainete suhteliselt madalate kontsentratsioonidega, võib neid protsesse pidada aine kontsentratsioonist lineaarselt sõltuvaks.
 Orgaaniliste ühendite käitumine ning jaotumine tahke aine ja vee vahel sõltub suurel määral aine füüsikalis-keemilistest omadustest, esmajoones lahustuvusest (KOW), aururõhust ja keemilisest stabiilsusest.
 Polaarsed mitteioonsed ained (hüdrofiilsed, väike KOW) lahustuvad vees hästi ja ainult vähesel määral sorbeeruvad tahke aine osakestele. Sellised ained liiguvad mullas (setetes) kergesti koos veega ja on kättesaadavad organismidele mullas (põhjasetetes). Kui saasteaine lahustub vees halvasti (kõrge KOW)  ja on lipofiilne, siis tavaliselt sorbeerub tugevalt mullas (setetes) oleva orgaanilise aine ja saviosakeste pinnale ning vees on selle aine kontsentratsioon väga väike. Orgaaniliste ainete seondumine mullas või setetes tahke ainega vähendab nende liikuvust keskkonnas ja kättesaadavust organismidele. Seega lipofiilsed ühendid, millel on kõrged KOW ja KOC väärtused, on veega vähe leostuvad.  KOC alusel ennustatakse ainete liikuvust keskkonnas, näiteks pestitsiidide liikuvust mullas.
 Aine jaotumine: vesi-elusorganismid (3.taseme pealkiri)
-Väga lihtsustatult võib ka elusorganismide ja vee vahelist jaotust kirjeldada sarnaselt eelnevate näidetega. Eeldades tasakaalu kala ja vee vahel: Kkala-vesi= Ckala/C vesi          (8),
+Väga lihtsustatult võib ka elusorganismide ja vee vahelist jaotust kirjeldada sarnaselt eelnevate näidetega. Eeldades tasakaalu kala ja vee vahel: K<sub>kala-vesi</sub>= C<sub>kala</sub>/C <sub>vesi</sub>          (8),
-kus Kkala-vesi on kala ja vee vaheline jaotuskoefitsient, Ckala on saasteaine kontsentratsioon kalas ja Cvesi on saasteaine kontsentratsioon vees. Seda elusorganismi ja vee vahelist jaotuskoefitsienti tuntakse biokontsentratsiooni tegurina ja tähistatakse BCF.
+kus K<sub>kala-vesi</sub> on kala ja vee vaheline jaotuskoefitsient, C<sub>kala</sub> on saasteaine kontsentratsioon kalas ja C<sub>vesi</sub> on saasteaine kontsentratsioon vees. Seda elusorganismi ja vee vahelist jaotuskoefitsienti tuntakse biokontsentratsiooni tegurina ja tähistatakse BCF.
 Biokontsentratsiooni teguri teadmine on tähtis just veeorganismide puhul, sest nende elukeskkond – vesi –  on olulisim orgaaniliste saasteainete allikas. Veeorganismide puhul on näidatud, et esineb tihe seos BCF ja aine lipofiilsuse vahel, seetõttu ainete bioakumulatsiooni elusorganismidesse on võimalik kvantitatiivselt hinnata Kow alusel. Seda juhul, kui saasteaine omastatakse ja eemaldatakse organismist peamiselt passiivse difusiooni teel ja saasteaine metabolism on väikse tähtsusega. Ainete BCF ja KOW vahelist seost kirjeldab üldiselt järgmine võrrand: log BCForganism =a log KOW + b   (9).
 Seos bioakumulatsiooni ja logKOW vahel tugineb analoogiale saasteaine jaotumisel kala lipiidide ja vee ning n-oktanooli ja vee vahel. Kui on tegemist mittepolaarsete saasteainetega, mis väga lipofiilsed, akumuleerub saasteaine veeorganismidesse ja aine kahjulik toime võib avalduda isegi juhul, kui kontsentratsiooni vees on väga madal.
@@ Line 121: / Line 128: @@
 {{ :tabel4.png |}}
-Saasteainete lagunemine keskkonnas (2. taseme pealkiri)
+**Saasteainete lagunemine keskkonnas**
 Keskkonnas võivad saasteained olla muutunud teisteks sarnaste struktuuride ja omadustega ühenditeks. Samuti võivad tekkida mitmed väiksema molekulmassiga produktid. Keskkonnas lagunemise tulemusena väheneb saasteaine kontsentratsioon, lisaks muutuvad ainete füüsikalis-keemilised omadused ja ka toksiline mõju elusorganismidele. Lagunemisprotsessid võivad toimuda abiootiliselt või biootiliselt  mikroorganismide abil.
 Keskkonda sattuvate ainetega reageerivad keskkonnas olevad peamised ained, nagu näiteks hapnik ja vesi, mis osalevad vastavalt oksüdatsiooni ja hüdrolüüsi reaktsioonides. Hüdrolüüs on reaktsioon veega, mille tulemusena esialgne aine laguneb mitmeks produktiks. Hüdrolüüsi tõttu võivad kergesti laguneda karboksüülhapete ja teiste orgaaniliste hapete estrid, amiidid, karbamaadid ja süsivesinike halogeenderivaadid.  Hüdrolüüsi tulemusena tekivad polaarsed ühendid, mis on esialgsest ühendist vähem lipofiilsed ja vees paremini lahustuvad.
 Oksüdatsioonireaktsioonid on eriti tähtsad atmosfääris. Ka oksüdatsioonireaktsioonide saadused sisaldavad hüdroksüül-, karbonüül- või teisi polaarseid rühmi, mille tulemusena suureneb polaarsus ja vees lahustuvus. Lisaks oksüdatsioonile võivad toimuda ka reduktsioonireaktsioonid. Need on olulisemad nitroühendite ja süsivesinike halogeenderivaatide muundamisel – dehalogeenimisel. Mitmed reaktsioonid keskkonnas on võimalikud valgusest saadava lisaenergia tõttu, sel juhul on tegemist fotokeemiliste reaktsioonidega.
 Orgaaniliste ainete bioloogiline lagunemine (biolagunemine ehk biodegradatsioon) toimub tänu mikroorganismidele ja nende mitmekesisusele. Biolagunemine võib olla täielik, see tähendab, et lagunemise lõpp-produktideks on anorgaanilised ained,süsivesinike täieliku lagunemise ehk mineralisatsiooni korral CO2 ja H2O. Võib toimuda ka ainult primaarne lagunemine, kus esialgne aine kaob ja selle asemele tekib mõni muu stabiilne orgaaniline ühend. Primaarse lagunemise korral on tähtis meeles pidada, et tekkinud saadused ei pruugi alati olla keskkonnaohutumad. Biolagunemise toimumiseks on vajalik mikroorganismide ja sobivate keskkonnatingimuste, sageli ka ko-substraatide olemasolu. Biolagunemise efektiivsus sõltub suurel määral aine füüsikalis-keemilistest omadustest ja toksilisusest ning kontsentratsioonist. Võrreldes esialgsete lipofiilsete ühenditega on bioloogilise lagunemise saadused tavaliselt polaarsemad ja lahustuvad paremini vees, see võimaldab neid organismidest kergemini elimineerida ja väheneb bioakumulatsiooni oht.
 Keskkonnas toimuva hindamiseks on eriti tähis lagunemis- ja muundumisprotsesside kineetika. Kiiresti lagunevad saasteained kõrvaldatakse keskkonnast kiiresti ning nende toime on lokaalne ja lühiajaline. Kui saasteaine kiiret lagunemist keskkonnas ei toimu, võib selle mõju avalduda suures ulatuses ja pika aja jooksul.
  Tavaliselt võib keskkonnas toimuvaid protsesse käsitleda lihtsustatult kui esimest järku reaktsioone, kus reaktsiooni kiirus on võrdeline kontsentratsiooniga v=-dC/dt=k1C      (10),
 kus C on aine kontsentratsioon, t aeg ja k1 on esimest järku reaktsiooni kiiruskonstant (ühikuks aja pöördväärtus, d-1). Kui reaktsiooni jälgida ajavahemikus t=0 kuni t ja sellele vastavad aine kontsentratsioonid on C0 ja Ct, siis on võimalik integreerimise tulemusena saada võrrandi järgmine kuju:  ln (C0/Ct) = -k1 t  (11)  või Ct=C0 e –kt    (12).
 Lagunemisreaktsioonide kiiruse iseloomustamiseks ehk siis saasteainete keskkonnas püsivuse hindamiseks kasutatakse sageli poolestusaega t1/2. Poolestusaeg (kasutusel ka mõiste ”poollagunemisaeg”) on aeg, mille jooksul reageerib pool algmomendil olemas olnud ainehulgast. Seega ajaks t= t 1/2 on järele jäänud pool aine esialgsest hulgast Ct = 0,5 C0 ja  järelikult
- {{ :joonis13.png |}}  (13).
+{{:joonis13.png |}} (13).
 Esimest järku reaktsioonide puhul ei olene poolestusaeg aine algkontsentratsioonist ja seega on konstantne antud lagunemisreaktsiooni jaoks teatud keskkonnatingimustes. Näiteid ainete poolestusaegade kohta õhus on toodud tabelis 5. Peab meeles pidama, et orgaaniliste ainete püsivust keskkonnas mõjutavad mitmed tegurid, nagu näiteks hapniku kontsentratsioon, pH ja temperatuur.

Toksikoloogia

User Tools

Site Tools

Differences

Page Tools