Страшно опасные: тяжелые металлы в воде
То, что грязную и мутную воду пить не стоит, знают даже дети. Однако земля, пыль и даже бактерии в жидкости — это далеко не все опасные элементы, которые в ней встречаются.
В воде могут быть и куда более страшные враги человеческого здоровья — тяжелые металлы.
Что это такое?
Под термином «тяжелые металлы» принято понимать элементы, чья относительная атомная масса превышает 50 единиц, или чья плотность составляет более 8 г/см3. К ним относят около 40 единиц.
С учетом токсичности, стойкости, способности накапливаться во внешней среде и масштабов распространения, особого контроля требует только ¼. Сам термин получил широкое распространение больше не как химический, а как медицинский или природоохранный.
Все химические элементы в малых количествах нужны человеческому организму для нормального роста и функционирования. Но избыток некоторых металлов приводит к развитию патологий, болезням, нервным расстройствам.
Источником опасных веществ сегодня часто становится вода, не прошедшая надлежащую очистку, либо вода из родников, расположенных в местах загрязнения. Даже жидкость из водопровода в жилых домах иногда опасна для питья.
Что такое тяжелые металлы, расскажет видео:
Какие элементы относят к этой группе:
- Свинец. Самый распространенный металл из группы «тяжелых». Содержится в окружающей среде повсеместно: в почве, горных породах, грунтовых водах, атмосфере и живых организмах.
- Ртуть. Жидкий металл. Естественным образом попадает в глубокие грунтовые воды. Часто накапливается в рыбе и морских ракообразных.
- Кадмий. В природе встречается редко и только в минералах цинка.
Некоторые химики относят сюда еще алюминий, бериллий, кремний и мышьяк. Железо относят в группу условно, поскольку оно в больших количествах ухудшает цвет и вкус воды, что уже выступает явной преградой для ее употребления.
Все вещества в воду попадают не в чистом виде, а в виде ионов и солей, которые порой еще более токсичны.
Абсолютно чистой воды в природе не существует. В ней в любом случае будут какие-то минимальные остатки минералов, металлов и микроэлементов.
Разработаны предельно допустимые концентрации тяжелых металлов в воде бытового и хозяйственного назначения, при которых она считается пригодной для питья и использования.
| Элемент | Предельный показатель вредности | ПКД мл/л |
| Cu Медь | Привкус, органолептический | 1,0 |
| Fe Железо | Цвет | 0,3 |
| Zn²⁺ Цинк | Общий | 1,0 |
| Cd Кадмий | — | 0,001 |
| Si Кремний | Санитарно-токсикологический | 0,05 |
| Hg Ртуть | Санитарно-токсикологический | 0,0005 |
| Mo Молибден | Санитарно-токсикологический | 0,25 |
| Pb Свинец | Санитарно-токсикологический | 0,03 |
| Mn Марганец | Органолептический | 0,1 |
| Со Кобальт | Санитарно-токсикологический | 0,1 |
| As Мышьяк | Санитарно-токсикологический | 0,05 |
| Ве2+ Бериллий | Санитарно-токсикологический | 0,0002 |
Каков вред и опасность для человека?
В воде ионы тяжелых металлов обладают большей биологической активностью, а значит им легче внедриться в организм и влиять на него:
- I класс опасности:
- ртуть наиболее опасна и токсична, вызывает головные боли, нервные расстройства, тахикардию, бессонницу, хроническую усталость, подавляет нормальное функционирование нервной системы.
- II класс опасности:
- свинец — он не исчезает даже при кипячении, отравляет все органы и системы, накапливается в костях и печени;
- кадмий — 2 класс опасности присущ не чистому металлу, а любым его соединениям, вызывает анемию, проблемы с сердцем, отек легких, развитие гипертонии;
- кремний — избыток кремния взывает проблемы с суставами, органами дыхания, увеличивается риск образования камней в почках и желчном пузыре.
- III класс опасности:
- железо — нужно для поддержания гемоглобина и нормального кислородного обмена, но его переизбыток приводит к рвоте, тошноте, болям в кишечнике и желудке, повреждениям мозга и печени;
- медь — в малых дозах обезвреживает отравляющие вещества, но в большом сама становится ядом, накапливается в мозге, провоцирует тремор, нарушения речи, психозы, болезнь Альцгеймера;
- цинк — пагубно влияет на пищеварительную систему, провоцирует рвоту, диарею, боли в желудке, анорексию.
Ионы тяжелых металлов в совокупном воздействии провоцируют рак, подавляют выработку гормонов и даже повреждают структуру ДНК.
Источники
Их делят на естественные и искусственные (вызванные деятельностью человека). К естественным причисляют грунтовые воды, вымывание полиметаллической руды, извержения вулканов, кислотные дожди.
К искусственным или антропогенным относят:
Постепенное увеличение примесей тяжелых металлов в воде происходит при ее испарении. Аналогично при кипячении не все элементы удаляются, поэтому кипячение, как метод очистки воды, в данном случае не актуален.
Методы проверки и выявления содержания примесей
Современные лабораторные исследования водяных проб позволяют выяснить наличие тяжелых металлов в жидкости тремя способами:
- Фотометрический анализ. Основан на избирательном поглощении электромагнитного излучения.
- Атомно-эмиссионная спектрометрия. Это исследование спектров испускания свободных атомов и ионов вещества.
- Флуориметрический или люминесцентный анализ. Предполагает исследование интенсивности излучения, возникающего при выделении избыточной энергии молекулами тестируемого вещества.
Определение тяжелых металлов в воде в домашних условиях, видео-инструкция:
Технологии и способы очистки сточных вод
На водоочистных сооружениях используют несколько способов. На их выбор влияет степень загрязнения и концентрация тех или иных элементов в жидкости:
- Ионный обмен. Это обмен между ионами в растворе и ионами на поверхности твердой фазы — ионита (смолы). Плюс — очистка от Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd и цианидов. Недостаток способа — вторичное загрязнение воды после восстановления.
- Нанофильтрация. Прогонка воды через и вдоль микрофильтров из полиамида, керамики, целлюлозы. Подходит для заключительного этапа очистки либо для умеренных загрязнений.
- Реагентный. Предполагает химическое превращение высокотоксичных растворов в нетоксичные соединения путем добавления в воду различных концентратов. Концентраты формируются исходя из первичных проб воды. Недостатки метода: часто требуется доочистка, дороговизна реагентов.
Заключение
Тяжелые металлы в воде опасны для человека. Эта проблема — результат многолетнего прогресса. Решить ее можно только путем улучшения экологической обстановки, поскольку даже современные методы очистки воды не позволяют досконально удалить все вредные примеси.
Очистка сточных вод от
тяжелых металлов
Тяжелыми металлами принято считать химические элементы с молекулярной массой более 50, обладающих металлическими свойствами. Таких элементов насчитывается более 40, но наиболее токсичными из них являются ртуть, кадмий, свинец, медь, мышьяк, хром, цинк, железо.
В сточных водах тяжелые металлы содержатся в виде ионов или солей, что увеличивает их токсическое действие на природную среду и организм человека. При попадании загрязненных стоков в почву, подземные или поверхностные воды, ионы тяжелых металлов включаются в пищевые цепочки, где происходит их дальнейшее преобразование. В водоемах они имеют способность накапливаться в донных отложениях и, тем самым, являются источниками вторичного загрязнения. Способность аккумулироваться в тканях живых организмов делает их опасными для окружающей среды и здоровья человека.
Ионы тяжелых металлов способны встраиваться в обмен веществ и вызывать расстройства ЦНС, нарушение работы желудочно-кишечного тракта, приводить к тяжелым последствиям в результате поражения жизненно важных органов. Многие из них обладают канцерогенным действием. Необходимо строго контролировать поступление стоков, загрязненных солями тяжелых металлов, в окружающую среду, соблюдать нормативы, которые не должны превышать ПДК.
| Металлы | Предельный показатель вредности | ПДК, мл/л |
| Fe | органолептический, цвет | 0,3 |
| Cd | 0,001 | |
| Co³⁺ | санитарно-токсикологический | 0,1 |
| Si | санитарно-токсикологический | 10,0 |
| Cu | органолептический, привкус | 1,0 |
| Hg | санитарно-токсикологический | 0,0005 |
| Pb | санитарно-токсикологический | 0,03 |
| Ag | санитарно-токсикологический | 0,05 |
| Zn²⁺ | общий | 1,0 |
| Cr³⁺ | санитарно-токсикологический | 0,5 |
| Cr⁶⁺ | санитарно-токсикологический | 0,05 |
Для уменьшения содержания ионов тяжелых металлов в загрязненных стоках применяются методы и технологические схемы, которые разрабатываются в соответствии с особенностями производства.
Тяжелые металлы в воде: проблемы в водопользовании и очистка
Жидкость занимает больший объем в организме человека. Выполнение физиологических функций в человеческом теле, зависит от степени загрязнения воды тяжелыми металлами. Для поддержания обменных процессов в организме, требуется не менее 2 литров жидкости в день. И, на первое место в потреблении питьевых ресурсов, выходит очистка воды от тяжелых металлов.
Компания «СИГНАЛ-ПАК» предлагает качесвенные дозаторы для пищевой промышленности https://www.signal-pack.com/oborudovanie/dozatory-dlya-pishevoy-promishlennosti/, у которых отсутствуют какие-либо вредные вещества в составе.
Определение содержания тяжелых металлов в воде
Понятие «тяжелый металл» относится к сфере охраны природы и здравоохранения. В эту группу относят полуметаллы и металлы, имеющие токсичные свойства и поражающую биологическую активность. Немало металлов входит в перечень необходимого микроэлементного уровня для нормального протекания биологических процессов и функционирования систем живого организма.
Токсичные химические элементы, попадая в организм человека с водой, имеют свойство аккумулироваться. Но, большую опасность представляет их способность к биомагнификации. Когда по пищевой цепочке: загрязненная вода – растения или почва – рыба или животное – человек, тяжелые металлы увеличивают свое вредоносное действие в сотни раз. Понимание, к чему приводит загрязнение воды тяжелыми металлами, подвигло человечество на внимательное отношение к природным ресурсам.
ГОСТ по питьевой воде на содержание тяжелых металлов
Таблица 1. ПДК тяжелых металлов в воде
| Показатели | СанПиН 2.1.4.1074-01 | ВОЗ | ЕС | |||
| Ед. изм. | ПДК | Показ. вред. | Класс опасн. | |||
| Алюминий (Al3+) | мг/л | 0,5 | с.-т | 2 | 0,2 | 0,2 |
| Барий (Ва2+) | мг/л | 0,1 | с.-т | 2 | 0,7 | 0,1 |
| Ванадий (V) | мг/л | 0,1 | с.-т | 3 | 0,1 | – |
| Железо (Fe, суммарно) | мг/л | 0,3(1,0) | орг. | 3 | 0,3 | 0,2 |
| Кадмий (Cd, суммарно) | мг/л | 0,001 | с.-т | 2 | 0,003 | 0,005 |
| Кобальт (Со) | мг/л | 0,1 | с.-т | 2 | – | – |
| Медь (Сu, суммарно) | мг/л | 1 | орг. | 3 | 2,0(1,0) | 2,0 |
| Мышьяк (As, суммарно) | мг/л | 0,05 | с.-т | 2 | 0,01 | 0,01 |
| Ртуть (Hg, суммарно) | мг/л | 0,0005 | с.-т | 1 | 0,001 | 0,001 |
| Свинец (Pb, суммарно) | мг/л | 0,03 | с.-т | 2 | 0,01 | 0,01 |
| Селен (Se, суммарно) | мг/л | 0,01 | с.-т | 2 | 0,01 | 0,01 |
| Серебро (Ag+) | мг/л | 0,05 | – | 2 | – | 0,1 |
| Хром (Cr3+) | мг/л | 0,5 | с.-т | 3 | – | – |
| Хром (Cr6+) | мг/л | 0,05 | с.-т | 3 | 0,05 | 0,05 |
| Цианиды (CN-) | мг/л | 0,035 | с.-т | 2 | 0,07 | 0,05 |
| Цинк (Zn2+) | мг/л | 5 | орг. | 3 | 3,0 | 5,0 |
Примечания:
с.-т – санитарно-токсикологический показатель;
орг. – органолептический показатель;
значения в скобках, могут приниматься в отдельных районах по указанию санитарного врача.
Как видно из таблицы, многие химические элементы находятся в виде различных лиганд, гидролизных или полимеризованных комплексов. Кроме прямого удаления загрязнений, немалое значение придается очистке воды от ионов тяжелых металлов и их соединений. Если присутствует значительное количество ионов тяжелых металлов в воде, увеличивается токсичность элемента из-за проявления кумулятивного эффекта.
Насыщенность токсичными химическими элементами питьевых ресурсов оценивается не только по их общему содержанию, но и по связанным и свободным формам, учитываются и соли тяжелых металлов в воде.
Распознавание нежелательных примесей сложной формы, проводят спектрометрическим или электрохимическим способом. Важное место в точном определении концентрации тяжелых металлов в воде занимает атомно-абсорбционная спектрометрия. Она подразделяется:
- на FAAS – плазменная атомизация;
- на GF AAS – электротермическая атомизация в графитовой ванночке.
Для выделения спектров нескольких металлов одновременно применяют эмиссионную или масс-спектрометрию, с плазмой связанной индукцией. Электрохимический способ распознавания основан на анализе вольт-амперных характеристик. Это сложные лабораторные методы определения уровня загрязнения воды тяжелыми металлами, на фото показаны:
Методы очистки воды от тяжелых металлов
В зависимости от результатов проведенного анализа воды на тяжелые металлы, выбирается метод очистки, иногда их приходится комбинировать. Это может быть:
- использование сорбентов для поглощения
- перевод в нерастворимые соединения через ионный обмен;
- мембранный фильтр воды для тяжелых металлов;
- гальваническая очистка;
- применение магнитного поля;
- дистилляция с последующим конденсированием.
Абсорбенты и мембранные фильтры, самые простые и недорогие способы очистки, и нашли широкое применение в бытовых очистных устройствах. Выпаривание, слишком энергозатратный метод и редко применяется, несмотря на высокий уровень очищения жидкости.
Ионно-обменный метод очистки дает высокие результаты по удалению примесей. Технология реализуется с помощью ионообменных смол, собирающих на своей поверхности ионы тяжелых металлов. Регенерацию смолы проводят кислотой. Металлы в ионной форме могут осаждаться с помощью изменения pH до значения 9,0÷10,5. И затем, отделяют осадок от жидкости.
При высоком насыщении жидкости ионами меди, хорошие результаты дает гальванический процесс. В загрязненную воду опускают электроды с пористой структурой и большой активной поверхностью. При подаче электричества, ионы меди восстанавливают атомарное состояние и осаждаются на электроде.
На водоочистных станциях, куда попадают и городские и производственные стоки, применяют цикличные процессы обработки воды, куда последовательно включают несколько операций.
Источник https://o-vode.net/kakaya-byvaet/tyazhelye-metally-v-vode
Источник https://www.vo-da.ru/articles/ochistka-ot-tyazholyh-metallov/soderjanie-i-normy-pdk
Источник https://oskada.ru/obrabotka-i-ochistka-vody/tyazhelye-metally-v-vode-problemy-v-vodopolzovanii-i-ochistka.html
