Ρύπανση του νερού με τοξικές ουσίες Πολλές από τις ενώσεις που απαντούν στα νερά και αναφέρθηκαν στις προηγούμενες ενότητες είναι τοξικές αν υπερβούν κάποια όρια συγκέντρωσης. Για παράδειγμα, οξέα ή βάσεις οι οποίες απαντούν σε φυσικά νερά, σε μεγάλες συγκεντρώσεις μπορούν να έχουν ως συνέπεια ακραίες μεταβολές των τιμών pH του υδατικού αποδέκτη οι οποίες δεν είναι ανεκτές από τους υδρόβιους οργανισμούς. Ο όρος τοξική ένωση χρησιμοποιείται συνήθως για ενώσεις που δεν εμφανίζονται φυσιολογικά στα νερά.

ΤΟΞΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ Οι τοξικές παράμετροι ποιότητας νερού περιλαμβάνουν τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης ενώσεων όπως τα βαρέα μέταλλα (Cr, Pb, Cd, Be, Hg, V), τα στοιχεία As, Se, Te , τις κυανιούχες ενώσεις και τοξικές οργανικές ενώσεις . Τοξικότητα καλείται  η ικανότητα μιας χημικής ένωσης να προκαλεί εσωτερικές ή εξωτερικές διαταραχές στους οργανισμούς. Κίνδυνος τοξικότητας είναι η πιθανότητα να προκληθεί βλάβη από τη χρήση μιας χημικής ένωσης και είναι ανάλογος με τον τρόπο που χρησιμοποιείται η ουσία.

Βασικές έννοιες τοξικολογίας Στον άνθρωπο οι κύριοι τρόποι έκθεσης σε επικίνδυνες ουσίες γίνεται με: Κατάποση Εισπνοή Προσρόφηση μέσω δέρματος Τα συμπτώματα μπορεί να είναι: Προσωρινά ή μόνιμα Αναστρέψιμα και μη αναστρέψιμα Κληρονομικά ή μη

Δείκτες τοξικότητας Προκειμένου να καθοριστεί το επίπεδο οξείας τοξικότητας των χημικών ουσιών χρησιμοποιούνται οι διάφοροι δείκτες, μερικοί από τους οποίους είναι: Μέση θανατηφόρα δόση (Lethal Dose 50%-LD50): η υπολογισμένη δόση μιας ουσίας (σε mg/Kg βάρους πειραματόζωου) που αναμένεται να προκαλέσει το θάνατο στο 50 % ενός εκτιθέμενου πληθυσμού, μέσω οποασδήποτε διαδικασίας εκτός της εισπνοής. Μέση θανατηφόρα συγκέντρωση (LC50):  η συγκέντρωση μιας ουσίας στον αέρα η οποία αναμένεται να προκαλέσει το θάνατο κατά την έκθεση σε 50 % ενός εκτιθέμενου πληθυσμού. Μέση τοξική δόση (TD50): η μέση δόση η οποία προκαλεί τοξικά φαινόμενα  και ανεπιθύμητες ενέργειες στο 50 % των ελεγχόμενων ατόμων ή πειραματόζωων.

Βασικές έννοιες τοξικολογίας Οι παράγοντες που καθορίζουν το επίπεδο τοξικότητας μίας ουσίας επιμερίζονται σε τέσσερις κατηγορίες: Τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά της ουσίας (διαλυτότητα, εξάτμιση, ρόφηση, κ.α.) Τις συνθήκες έκθεσης (δοσολογία, οδός εισόδου στον οργανισμό,  χρονική διάρκεια της έκθεσης). Τους ατομικούς παράγοντες (φύλο,  ηλικία, βάρος σώματος, διατροφή, φυσική κατάσταση). Τους περιβαλλοντικούς παράγοντες (μετεωρολογικοί παράμετροι περιβάλλοντος, διεργασίες που υφίσταται, όπως οξείδωση, βιοαποκοδόμηση, φωτόλυση, κ.α.).

Ρύπανση από Βαρέα μέταλλα Τα βαρέα μέταλλα -τα μέταλλα που έχουν ειδικό βάρος μεγαλύτερο από εκείνο του σιδήρου- συγκαταλέγονται ανάμεσα στις ουσίες που ρυπαίνουν το περιβάλλον και μάλιστα από τις πιο επικίνδυνες μορφές ρύπανσης. Τα πιο τοξικά από τα βαρέα μέταλλα είναι ο Hg, ο Pb και το Cd. Τοξικά επίσης θεωρούνται και τα στοιχεία αρσενικό (As), τελλούριο (Te) και σελήνιο (Se). Τα μέταλλα δεν αποδομούνται με φυσικές διεργασίες στα υδατικά οικοσυστήματα, αλλά με διάφορους μηχανισμούς συσσωρεύονται τόσο σε οργανικές όσο και σε ανόργανες ενώσεις.

Ρύπανση από Βαρέα μέταλλα Βιοσυσσώρευση: το φαινόμενο κατά το οποίο ορισμένες χημικές ενώσεις έχουν την ιδιότητα να συσσωρεύονται στα διάφορα μέλη της τροφικής αλυσίδας με συνεχώς αυξανόμενες συγκεντρώσεις. Τελικά μέρος αυτών καταλήγει με την βιολογική τροφική αλυσίδα στον άνθρωπο. Η τοξικότητά τους εξαρτάται από την χημική μορφή του μετάλλου

Ιχνοστοιχεία – trace elements ( Fe, Mn, Cu, Zn, Ba,) Μερικά μέταλλα όπως ο Fe, Cu, Zn, είναι σε ελάχιστες ποσότητες απαραίτητα για τη ζωή και ονομάζονται ιχνοστοιχεία. Λειτουργούν σε συνδυασμό με οργανικά μόρια- κυρίως πρωτεΐνες. Πολλά ένζυμα είναι μεταλλοπρωτεΐνες και ορισμένα βαρέα μέταλλα είναι απαραίτητα για τις ενζυμικές λειτουργίες. Σε συγκεντρώσεις όμως που υπερβαίνουν τις φυσιολογικές, δρουν ως παρεμποδιστές της ενζυμικής δράσης. Τα μέταλλα αυτά είναι ανεπιθύμητα στο νερό μόνο όταν βρίσκονται σε μεγάλες περιεκτικότητες.

Πηγές εισόδου μετάλλων στα υδατικά συστήματα Οι πηγές εισόδου βαρέων μετάλλων στα υδατικά συστήματα διακρίνονται σε: φυσικές (διάβρωση του εδάφους, ηφαίστεια, τα ιζήματα, η σκόνη) τεχνητές από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Οι κυριότερες πηγές μετάλλων συνδέονται με τη βιομηχανική παραγωγή

Ανθρωπογενείς πηγές μετάλλων Εξόρυξη και επεξεργασία μετάλλων Παραγωγή, επεξεργασία και μορφοποίηση μετάλλων Αποτεφρωτήρες βιομηχανικών και αστικών στερεών αποβλήτων Καύση ορυκτών καυσίμων Ιλύες φυσικοχημικών και βιολογικών καθαρισμών Άντληση και επεξεργασία πετρελαίου Ατυχήματα που σχετίζονται με πετρελαιοειδή Αστικά λύματα (απορρυπαντικά αυξάνουν τη διαλυτότητα μετάλλων) Βιομηχανικά απόβλητα

Πηγές εισόδου μετάλλων στα υδατικά συστήματα Τα βαρέα μέταλλα και οι ενώσεις τους χρησιμοποιούνται σε πολλούς βιομηχανικούς κλάδους: τα διυλιστήρια πετρελαίου, χαλυβουργεία, επιμεταλλωτήρια, πετροχημική βιομηχανία, βιομηχανία παραγωγής λιπασμάτων, φαρμακευτικών, ηλεκτρικών-ηλεκτρονικών προϊόντων κ.α. Καταλήγουν στα υδατικά συστήματα με τα βιομηχανικά απόβλητα, με ατμοσφαιρικές κατακρημνίσεις (από εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας, θέρμανσης, καύσης,) με τα αστικά λύματα και τα νερά έκπλυσης των δρόμων (Pb από οχήματα) από τις βροχές.

Υδράργυρος Ο υδράργυρος είναι ένα από τα πρώτα μέταλλα τα οποία χρησιμοποιήθηκαν από τον άνθρωπο. Οι αρνητικές επιπτώσεις χρήσης του υδραργύρου στην υγεία αναγνωρίστηκε για πρώτη φορά κατά την Ρωμαϊκή εποχή στην Ισπανία η οποία ήταν (και είναι) η μεγαλύτερη παραγωγός χώρα του υδραργύρου παγκοσμίως (κινναβαρίτης HgS). Χαρακτηριστικά επεισόδια ρύπανσης από υδράργυρο αποτελούν οι περιπτώσεις στον κόλπο Minamata (1953), στην πόλη Niigata (1965) της Ιαπωνίας (όπου παρατηρήθηκαν επιδημικές δηλητηριάσεις οξύτατης μορφής με δεκάδες θανάτους, εκατοντάδες πολύ ισχυρές και χιλιάδες κάπως ελαφρύτερες αλλοιώσεις του νευρικού συστήματος των κατοίκων των δυο αυτών περιοχών) και στο Ιρακ (1971).

Ασθένεια Minamata Πηγή υδραργύρου ήταν το εργοστάσιο της εταιρίας Chisso, παραγωγής ρητινών πολυβινυλοχλωριδίου, οκτανόλης και διοκτυλοφθαλικών με χρήση ακεταλδεϋδης. Το μεγάλο όμως πρόβλημα προήλθε από τα απόβλητα στερεά και υγρά του εργοστασίου που μέσω παρακείμενου ποταμού κατέληγαν στον κόλπο. Τα απόβλητα ήταν ιδιαίτερα πλούσια σε οργανικές ενώσεις του υδραργύρου που παρήγοντο κατά την διάρκεια της παρασκευής της ακεταλδεϋδης όπως ο χλωρομεθυλοϋδράργυρος. Η ένωση αυτή δεσμευόταν από τα ψάρια και τα οστρακοειδή και μέσα από αυτά έφτανε στον άνθρωπο.

Τα μνήματα των θυμάτων της τραγωδίας στη Μιναμάτα.

Υδράργυρος Ο στοιχειακός υδράργυρος είναι ένα βαρύ, αργυρόλευκο, μεταλλικό χημικό στοιχείο και είναι το μόνο μέταλλο σε υγρή μορφή σε συνήθη θερμοκρασία. Ο υδράργυρος είναι ο πτητικότερος από όλα τα μέταλλα στη φύση και ο ατμός του είναι πολύ τοξικός. Ο στοιχειακός υδράργυρος είναι άοσμος για αυτό και τυχόν απελευθέρωση των ατμών του δεν γίνονται άμεσα αντιληπτές. Ο υδράργυρος και οι ενώσεις του είναι τοξικές και προκαλούν σοβαρές νευροαναπτυξιακές επιπτώσεις. Η επίδραση του υδραργύρου στον άνθρωπο και σε άλλους οργανισμούς, εξαρτάται από την φυσικοχημική του μορφή, την ποσότητα, τον τρόπο έκθεσης αλλά και από την ευπάθεια του οργανισμού που εκτίθεται σε αυτόν.

Υδράργυρος Ο υδράργυρος εκλύεται από φυσικές πηγές όπως τα ηφαίστεια, όμως οι επιπλέον απελευθερώσεις του από ανθρωπογενείς δραστηριότητες, όπως η καύση του άνθρακα, του πετρελαίου, των στερεών αποβλήτων και η χρήση σε προϊόντα οδήγησαν σε ουσιαστική αύξηση της περιβαλλοντικής έκθεσης και εναπόθεσης. Ο υδράργυρος (Hg) χρησιμοποιείται στην παραγωγή χλωρίου και καυστικής σόδας, στην βιομηχανία ηλεκτρολογικού εξοπλισμού, στην παρασκευή χρωμάτων και οδοντιατρικών αμαλγαμάτων, στην βιομηχανία χάρτου, στην κατασκευή θερμομέτρων, στην παραγωγή γεωργικών μυκητοκτόνων κ.α. Οι εκλύσεις κατά το παρελθόν δημιούργησαν ένα «παγκόσμιο απόθεμα» υδραργύρου στο περιβάλλον, μέρος του οποίου κινητοποιείται, εναποτίθεται και επανακινητοποιείται μεταξύ νερού, ιζημάτων, εδάφους και βιότα.

Μεθυλοϋδράργυρος Ο υδράργυρος που εναποτίθεται μετατρέπεται σε άλλες φυσικοχημικές μορφές και κυρίως υπό την δράση μικροοργανισμών μετατρέπεται σε μεθυλοϋδράργυρο, που αποτελεί την πλέον τοξική μορφή υδραργύρου στο περιβάλλον. Ο μεθυλοϋδράργυρος χαρακτηρίζεται από την δυνατότητα βιοσυσσώρευσης και βιομεγένθυσης του, ιδιαίτερα στην υδατική τροφική αλυσίδα (ψάρια και θαλάσσια θηλαστικά). Ως εκ τούτου, ο μεθυλοϋδράργυρος αποτελεί μια από τις πλέον επικίνδυνες μορφές υδραργύρου καθώς διαπερνά εύκολα τον πλακούντα και τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό με αποτέλεσμα την αναστολή της διανοητικής ανάπτυξης και πριν την γέννηση.

Αντιμετώπιση των προβλημάτων υδραργύρου Ο υδράργυρος είναι ένας παγκόσμιος και διασυνοριακός ρύπος, η αντιμετώπιση των προβλημάτων που δημιουργεί, είναι ζήτημα διεθνούς μέριμνας. Στα πλαίσια του UNEP (Πρόγραμμα των Ηνωμένων Εθνών για το Περιβάλλον), καταρτίστηκε (2005) ένα πρόγραμμα για τον υδράργυρο, με στόχο τον εντοπισμό των πληθυσμών υψηλού κινδύνου, την μείωση έκθεσης σε αυτόν μέσω συγκεκριμένων και συντονισμένων προσπαθειών, και την μείωση των εκπομπών του μετάλλου από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Η ΕΚ εξάλλου διαμόρφωσε την Κοινοτική Στρατηγική για τον υδράργυρο «SEC (2005) 101» εξαγγέλλοντας την πρόθεση της να μειώσει πρωτίστως τις εκπομπές και έπειτα την προσφορά και την ζήτηση του υδραργύρου στην αγορά.

Κάδμιο Το κάδμιο είναι ένα από τα πιο επικίνδυνα μέταλλα. Το μεγαλύτερο μέρος του καδμίου παράγεται ως προϊόν χύτευσης του ψευδαργύρου επειδή τα δυο μέταλλα συνήθως απαντούν μαζί. Κάδμιο απελευθερώνεται από δραστηριότητες, όπως; η καύση του άνθρακα, η αποτέφρωση στερεών αποβλήτων. χρησιμοποιείται στην κατασκευή συσσωρευτών, ξηρών μπαταριών, χρωμάτων και πλαστικών.

Κάδμιο Ο άνθρωπος λαμβάνει το κάδμιο μέσω της αναπνοής και της τροφής και ένα μέρος του αποβάλλεται αλλά η ημιπερίοδος ζωής του στον ανθρώπινο οργανισμό κυμαίνεται από 10 έως 30 έτη. το κάδμιο στον ανθρώπινο οργανισμό αντικαθιστά το ασβέστιο των οστών και τον ψευδάργυρο. Λόγω της ομοιότητας του με τον ψευδάργυρο τα φυτά απορροφούν κάδμιο από το νερό άρδευσης και το έδαφος. Συσσωρεύεται στο ήπαρ, νεφρά σπλήνα και θυρεοειδή αδένα.

Νόσος Itai-Itai (1947) Χαρακτηριστικό επεισόδιο ρύπανσης από κάδμιο εμφανίστηκε στην Ιαπωνία, από τα απόβλητα μεταλλείου ψευδαργύρου που περιείχαν κάδμιο. Τα απόβλητα διοχετεύονταν στα νερά ποταμού που τα χρησιμοποιούσαν για άρδευση ορυζώνων. Η νόσος Itai-Itai (ωχ-ωχ) που ονομάστηκε έτσι εξαιτίας των ισχυρών πόνων που προκαλούσε, εκδηλώθηκε με σοβαρές παθήσεις στα νεφρά, με αλλοιώσεις στο σκελετό, με κατάγματα οστών, και μείωση του οργανισμού στις μολυσματικές ασθένειες.

Μόλυβδος Είναι το πιο άφθονο μέταλλο και χρησιμοποιείται ευρύτατα και για το λόγο αυτό βρίσκεται διασκορπισμένος στο περιβάλλον. Δημιουργεί περιβαλλοντικά προβλήματα όταν διαλύεται και προκύπτει σε ιοντική μορφή. Είναι πιο τοξικός στη μορφή των οργανικών του ενώσεων. Τα οργανικά παράγωγα του μολύβδου, όπως το τετραμεθυλιούχος και ο τετρααιθυλιούχος μόλυβδος, χρησιμοποιήθηκαν ως πρόσθετα στη βενζίνη . Η χρήση αμόλυβδης βενζίνης είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της πρόσληψης μολύβδου από τους κατοίκους αστικών περιοχών. Επίσης, παλαιότερα χρησιμοποιείτο σε σωλήνες μεταφοράς νερού, με αποτέλεσμα την αύξηση της συγκέντρωσης του σε αυτό και τη δημιουργία δυσμενών επιπτώσεων στον άνθρωπο.

Χρώμιο Υπάρχει στο φλοιό της γης και εμφανίζεται σαν τρισθενές και εξασθενές χρώμιο.Στα νερά βρίσκονται κυρίως άλατα του εξασθενούς χρωμίου, επειδή είναι ευδιάλυτα, ενώ σπάνια υπάρχει σαν τρισθενές, γιατί οι ενώσεις του είναι αδιάλυτες και καθιζάνουν. ο τρισθενές χρώμιο είναι απαραίτητο ιχνοστοιχείο για το μεταβολισμό των σακχάρων και των λιπιδίων και συντελεί στην πρόληψη του διαβήτη και της αρτηριοσκλήρυνσης. Το εξασθενές χρώμιο είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο, αφού σε συγκεντρώσεις της τάξης των 10mg/Kg βάρους προκαλεί νέκρωση ιστών και νεφρική ανεπάρκεια, ενώ χαμηλότερες συγκεντρώσεις προκαλούν ερεθισμό του γαστρικού και εντερικού βλεννογόνου. Το χρώμιο περιέχεται στα απόβλητα από βιομηχανικές δραστηριότητες.

Νικέλιο Το νικέλιο περιέχεται σε απόβλητα επιμεταλλωτηρίων και γενικά βιομηχανιών κατεργασίας μετάλλων. Στον άνθρωπο μπορεί να προκαλέσει αλλεργικές δερματίτιδες και άσθμα. Έρευνες έδειξαν ότι τα περισσότερα προβλήματα προκαλούνται από παράγωγα του νικελίου όπως το οξείδιο του νικελίου και τα κρυσταλλικά του σύμπλοκα π.χ. Ni3S2. Λόγω του γεγονότος ότι δεν έχει ακόμη καθορισθεί η σχέση μεταξύ της δόσης του μετάλλου αυτού και της αντίδρασης του ανθρώπινου οργανισμού, τα όρια έκθεσης στο νικέλιο είναι ιδιαίτερα αυστηρά.

Κασσίτερος Ο κασσίτερος χρησιμοποιείται σε κράματα και ως προστατευτική επικάλυψη άλλων μετάλλων. Τα άλατά του όταν έρθουν σε επαφή με το αίμα είναι ιδιαίτερα επικίνδυνα και μπορεί να προκαλέσουν παράλυση, προβλήματα στο νευρικό σύστημα και το ήπαρ. Επίσης έχουν αναφερθεί περιπτώσεις όπου έκθεση σε σκόνη κασσιτέρου μπορεί να οδηγήσει σε πνευμονικές παθήσεις.

Αρσενικό Οι φυσικές πηγές αρσενικού είναι κυρίως τα ηφαίστεια και η σήψη της φυτικής ύλης. Οι επιπλέον απελευθερώσεις του από ανθρωπογενείς δραστηριότητες είναι η καύση του άνθρακα, του πετρελαίου, οι επεξεργασίες ορυκτών (το αρσενικό περιέχεται σχεδόν σε όλα τα θειούχα ορυκτά του χαλκού, του μολύβδου και του ψευδαργύρου) και η χρήση του τριοξειδίου, As2O3 ως πρώτη ύλη σε προϊόντα, όπως παρασιτοκτόνα, εντομοκτόνα, ζιζανιοκτόνα συντηρητικά ξυλείας, φάρμακα, κ.α. Σ τα νερά μεταφέρεται από τη διάλυση πετρωμάτων, βιομηχανικών αποβλήτων και τη χρήση εντομοκτόνων, ζιζανιοκτόνων κλπ. Το αρσενικό είναι δηλητήριο των κυττάρων και καρκινογόνο.

Σελήνιο Το σελήνιο είναι φυσικό συστατικό του εδάφους σε πολλά μέρη της γης. Σε μικρές ποσότητες είναι απαραίτητο σε βιολογικές διεργασίες, όμως σε αυξημένες συγκεντρώσεις είναι τοξικό σε ανθρώπους και ζώα. Μια από τις σοβαρότερες οικολογικές καταστροφές στον κόσμο αποτελεί η δηλητηρίαση και εξαφάνιση πολλών ειδών (πτηνά, ζώα) από νερό με αυξημένες συγκεντρώσεις σεληνίου στη Καλιφόρνια (Εθνικό Καταφύγιο Άγριας ζωής στο Κέτερσον).