Тяжелые металлы поступают в окружающую среду с отходами практически всех видов человеческой деятельности.
Основными источниками тяжелых металлов являются преимущественно отходы промышленности, энергетики, транспорта. Промышленность представлена следующими основными отраслями: черная и цветная металлургия, химическая, целлюлозно-бумажная, строительная, машиностроительная, легкая и пищевая, энергетическая, нефтехимическая и нефтеперерабатывающая. Предприятия каждой отрасли производят отходы, для которых характерен специфический набор загрязняющих веществ.
Отходы поступают в форме твердых (терриконы, отвалы), жидких (отстойники), газообразных (аэрозоли) выбросов. Аэрозольное загрязнение наиболее мощное. С аэрозольным переносом химических веществ связано формирование потоков этих веществ и соответственно уровни загрязнения окружающей среды: локальный, региональный, глобальный. Загрязняющие вещества в атмосфере под влиянием антропогенных факторов перемещаются более активно, чем под влиянием естественных условий. Вклад антропогенных источников поступления тяжелых металлов становится сопоставимыми с природными источниками.
Вещественный состав пылеватой фракции аэрозолей неоднородный. Это обусловлено разнообразием источников формирования пылеватой фракции аэрозолей в природных и техногенных условиях. Источники формирования состава пылеватой фракции атмосферы: а) пылеватые частицы почвы, поднятые с ее поверхности воздушными потоками, состав их близок к составу почв региона;
б) аэрозольные выбросы отходов промышленной и коммунальнобытовой деятельности локального и регионального уровней, состав их определяется видом и технологией производства; в) продукты глобального переноса веществ.
В пылеватых фракциях природных ландшафтов преобладают литофильные элементы. В промышленных центрах запыленность воздуха возрастает в 5—10 раз и более. Техногенная пыль содержит Hg, Zn, Sn, Cd, As в количествах, на порядки превышающих природный уровень. Загрязнение меняет природное соотношение элементов в атмосфере. Возможно формирование потока пыли с преобладанием техногенных элементов над литофильными на порядок и более.
Время нахождения в атмосфере пылеватых частиц непосредственно связано с их размером. Частицы > 10 мкм быстро оседают вблизи источника загрязнения, частицы 5—0,1 мкм образуют устойчивые суспензии, частицы < 0,1 мкм ведут себя подобно газам. Значительная часть пыли аэрозольных выбросов оседает вокруг источника загрязнения.
Содержание загрязняющих веществ в отходах (в том числе в пылеватых фракциях аэрозолей) характеризуют абсолютными концентрациями химических веществ и относительными. Широко применяется в качестве относительных показателей коэффициент концентрирования Кк.
Техногенное поступление тяжелых металлов с промышленными отходами. Наблюдения в загрязненных регионах свидетельствуют, что предприятия по выплавке цветных металлов (алюминиевые, медно-цинковые, свинцово-плавильные, никелевые, титано-магниевые, ртутные и др. заводы) являются самыми мощными поставщики отходов, обогащенных металлами, нередко и неметаллами. Загрязнены ими также отходы предприятий по переработке цветных металлов: радиотехнические, электротехнические, приборостроительные, гальванические и пр.
В пыли металлургических производств, заводов по переработке руд концентрация Pb, Zn, Bi, Sn может быть повышена по сравнению с литосферой на несколько порядков (до 1012), концентрация Cd, V, Sb — в десятки тысяч раз, Cd, Мо, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag — в сотни раз. Отходы предприятий цветной металлургии, заводов лакокрасочной промышленности и железобетонных конструкций обогащены ртутью. В пыли машиностроительных заводов повышена концентрация W, Cd, Pb. Так формируются техногенные ассоциации химических элементов.
Рассмотрим в качестве примера обстановку в окрестностях дальневосточного свинцово-цинкового комбината. Техногенное поступление потоков загрязняющих веществ в окружающую среду происходит в форме газов (сернистый газ, возгонка Pb, As), в жидком виде (технологические сточные воды) и в форме твердофазных отходов. В составе техногенной пыли Pb, Zn, Cd, Cu присутствуют в форме оксидов, а также в элементной форме. Основной источник поступления металлов в окружающую среду — атмосферные осадки. Концентрации металлов в осадках вблизи завода на 2—3 порядка превышают среднюю. Основная часть металлов поступает в растворенном состоянии.
Поступают металлы на поверхность почвы преимущественно в растворимой форме.
Техногенное поступление тяжелых металлов с отходами энергетики. Производство энергии связано с работой угольных и мазутных электростанций. Отходы поступают в разном фазовом состоянии. Загрязнение происходит при газообразном рассеянии отходов и золы уноса тепловых ТЭЦ, при выбросах мазутных ТЭЦ, а также за счет твердых отходов (зола, шлаки) и сточных вод угольных ТЭЦ. Предприятия энергетики производят самые большие массы отходов. В крупных промышленных городах отходы от сжигания топлива по объему приближаются к сумме отходов от бытовых и промышленных источников.
Состав отходов предприятий энергетики отличается преобладанием анионогенных элементов и их более низкими коэффициентами концентрирования, чем отходы предприятий черной и цветной металлургии. Велика в них доля сернистых соединений. Одна крупная ТЭЦ выбрасывает в атмосферу до 500 т сернистых веществ и пыли, 10% которых обнаруживается в пределах 5 км от источника.
Зола углей по сравнению с литосферой обогащена В (в 16—20 раз), F, Mo, As (в 5—10 раз). Аккумулируются и металлы (Pb, W, Ва, Zn, Cu, Cr, Sn), но в значительно меньшей степени (1,5—3), чем в отходах металлургических заводов.
Поступление тяжелых металлов в окружающую среду с отходами транспорта. Выхлопные газы автомобилей загрязняют окружающую среду свинцом. Свинец долгое время добавляли в бензин в форме тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора. При использовании его каждая машина в год выделяла около 1 кг свинца. С выхлопными газами автотранспорта на поверхность земли выбрасывалось 260 тыс. т свинца ежегодно, что почти в три раза превышает его количество, поступающее с отходами металлургических предприятий. В настоящее время во многих развитых странах этилированный бензин не используется. В России применение этилированного бензина запрещено с 2003 г.
Аэрозольные выбросы — доминирующая форма поступления загрязняющих веществ, поступающих из различных источников. Соотношение в них пылеватой и газовой составляющих обусловливает, как правило, реакцию осадков и состав выпадений. Имеется опыт классификации аэрозольных выпадений. По анионному составу выпадений выделяют классы выпадений, по катионному — виды выпадений. Принадлежность выпадений к определенному роду устанавливается по доминирующим в выпадениях металлам.
Поступившие в атмосферу из техногенных источников загрязняющие вещества распределяются в ландшафте под влиянием природных факторов. Основные факторы, обусловливающие локальное загрязнение любой из природных сред: состав отходов, состояние отходов, способ поступления отходов в окружающую среду, высота труб предприятий, расстояние от источника загрязнения, роза ветров, рельеф, свойства почв. Соотношение влияющих факторов различное.