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.
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:
- химическая лаборатория городской водозаборной станции;
- спектрометрический прибор для измерения тяжелых металлов в воде.
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.
Тяжелые металлы в воде
Тяжелыми металлами называют элементы периодической системы Менделеева, которые обладают металлическими свойствами и имеют большой молекулярный вес.
Здесь мы поговорим о том, какой вред для человека несут тяжелые металлы, в каких регионах Украины распространены те или иные загрязнители, о характерном влиянии на здоровье человека. А в самом конце обязательно познакомим вас с технологией обратного осмоса, которая не пропустит опасные ионы в воду и пищу.
Краткое содержание
Какие воды загрязнены Марганец Свинец Ртуть Кадмий Цинк Никель и кобальт Мышьяк Как очистить воду от тяжелых металлов?
Какие воды загрязнены?
Важно понимать, что большинство солей тяжелых металлов попадают в окружающую среду антропогенным путем — в основном из выбросов добывающих и обрабатывающих предприятий, а также тепловых электростанций.
Самым объемным источником загрязнения являются сточные воды, которые сливаются в поверхностные водоемы с недостаточным уровнем очистки.
Следующим путем внесения тяжелых металлов являются дымовые газы, которые осаждаются на поверхность земли и смываются с нее в источники воды.
И еще одним, пожалуй, самым серьезным типом загрязнения являются воды, которые образуются при затоплении шахтных выработок, в таком случае происходит загрязнение даже подземных вод.
Максимальный риск отравления солями тяжелых металлов возникает при использовании воды с поверхностных водоемов и колодцев без последующей очистки. В тех случаях, когда загрязнены подземные воды, также не рекомендуется потребление воды из скважин. Прежде всего, это касается промышленных регионов Восточной Украины.
Марганец в воде
Мы начинаем с этого металла, поскольку после железа, о котором мы говорили в отдельной статье, он самый распространенный загрязнитель скважинных вод.
Признаками наличия марганца в вашей воде является черный, серый, темно-коричневый налет на трубах и сантехнике. Вкус такой воды обычно вяжущий, а цвет желтоватый. Руки при длительном контакте могут темнеть, ногтевые пластины чернеть. При высоких концентрациях этого минерала в воде может появляться черный осадок.
На изображении показана разница между налетами, образованными водой с большим содержанием только железа и водой, которая дополнительно содержит марганец.
Вещество относится к третьей группе токсикантов (является умеренно опасным).
И если самые неприятные последствия от приема “железной воды” это регулярные запоры, то с марганцем все сложнее. Несмотря на то, что он участвует в процессах ферментации, кроветворения, формировании костной ткани, избыток этого металла в организме может негативно сказываться на здоровье человека.
Основные последствия регулярного употребления воды с повышенным содержанием марганца — это проблемы центральной нервной системы, которые проявляются сонливостью, слабостью, а иногда даже длительными депрессивными расстройствами. Исследования также подтвердили, что его избыток способен отрицательно влиять на ЖКТ, почки или костную ткань.
Последнее критично для детей, существует заболевание опорно-двигательного аппарата, которое именуют “марганцевым рахитом”.
Основными источниками поступления марганца в поверхностные воды являются процессы выщелачивания железомарганцевых руд и других содержащих марганец минералов. Что касается природного его содержания в скважинной воде, то причиной тому являются процессы разложения живых организмов.
Свинец в воде
Норматив свинца в питьевой воде для Украины 0,01 мг/л, что, впрочем, соответствует и международным нормам. Отравляющей дозой является уже 1 мг/л, свинец отнесен ко 2-рой группе токсичности.
Свинец в поверхностных водах на территории Украины распространен практически везде. Степень загрязнения зависит от развития промышленности и насыщенности трафика.
В больших городах и в поселках, расположенных возле оживленных трасс, в поверхностных водах часто наблюдаются превышения ПДК (предельно допустимой концентрации), пить воду из колодцев или источников обычно рискованно.
Кстати, стоит учитывать, что свинец в небольших концентрациях придает воде приятный сладковатый вкус.
Среди поражающих действий можно выделить поражение нервной и кроветворной систем, сердечно-сосудистой и выделительной систем, половую функцию женщин и мужчин. Также существуют исследования, которые подтверждают канцерогенное действие свинца, максимально высокую токсичность он имеет для детей младшего возраста, так как они усваивают его до 40%, в то время, как взрослые — не более 10%.
Cвинец опасно влияет на нервную систему, его последствия в первую очередь сказываются на детях. Свинцовая энцефалопатия сопровождается эпилептическими приступами, головной болью и пр.
В зависимости от степени отравления симптомы могут отличаться и проявляться с разной интенсивностью.
У детей отравление свинцом способно приводить к снижению уровня умственного развития, а также к проблемам со слуховой и зрительной реакцией.
Еще одним распространенным следствием является анемия, она характерна для детей и схожа с классической железодефицитной анемией. Также часто встречаются нарушения в работе почек (обратимая и необратимая нефропатии).
Влияние на сердечно-сосудистую систему и ЖКТ весомо меньше, чем на ЦНС, но оно также отмечается в развитии брадикардии и неспецифических реакций.
Основными источниками поступления свинца в воду и в окружающую среду в целом являются:
- природные источники (природные минералы, содержащие свинец, все же являются одним из основных его источников);
- цветная (98%) и черная металлургия (2%) — это процессы получения самого металла, сплавов, а также обработки содержащего сырья;
- машиностроение, топливная промышленность и энергетика — загрязнение обусловлено использованием этилированных бензинов, которые приводят к выбросу токсинов в атмосферу с последующим их попаданием в водоемы. В многих развитых странах практически не используются такие бензины, в Украине их использование уменьшено, но не запрещено;
- химическая промышленность — производство пигментов. В наше время производство таких красок минимизировано;
- транспортные предприятия — все тоже использование бензинов;
- бытовые отходы — этот момент очень важен, люди выбрасывают в общие контейнеры органический мусор и аккумуляторы. Сдача бытовых, автомобильных аккумуляторов на переработку может иметь значительное влияние на окружающую среду.
Ртуть в воде
Все знают, как выглядят шарики ртути из разбившегося градусника, их принято считать большой угрозой для здоровья, но давайте поговорим о растворимых соединениях ртути.
Cоединения ртути попадают в атмосферу, а затем в воду из неорганических соединений, которые образуются в процессах сжигания угля на электростанциях, сжигания промышленных отходов, производства аккумуляторов.
Также второй группой токсичных веществ, которые образуется в процессе работы бактерий в водоемах и океане, являются органические соединения ртути. Одним из самых распространенных из них является метилртуть, как раз ее обнаруживают в рыбе и моллюсках, которых есть не рекомендуется, при этом Украине нет системных критических повышений ее уровня.
В качестве примера промышленного загрязнения ртутью можно привести месторождение “Никитовка” в Горловке.
С 2014 года из-за фактической оккупации шахта находилась в состоянии “сухой консервации”, с 2016 года оборудование начало сдаваться на металолом, а в 2018 году было отключено насосное оборудование, что привело к подтоплениям. Уровень загрязнения поверхностных и подземных вод в том районе делает их непригодными для питья.
Еще один пример — территория завода “Радикал” в Киеве, которая на данный момент не обработана окончательно и несет определенные угрозы.
Но в вопросе загрязнения питьевой воды этот фактор можно не учитывать, поскольку вода из централизованной системы водоснабжения Киева не подвергается действию ртути.
Также некритичное повышение уровней ртути можно наблюдать в городах, где расположены тепловые станции, работающие за счет сжигания угля.
Кадмий в воде
Это тяжелый металл, который имеет серьезные побочные действия. В питьевой воде ПДК для кадмия 0,001 мг/дм³, все соединения кадмия токсичны, он относится ко второму классу опасности.
Его действие основано на способности связывать серосодержащие кислоты и ферменты, вследствие чего кадмий является нефро- и гепатотоксичным.
Следствиями острого отравления могут быть повышение артериального давления, почечная и легочная недостаточность, патологии сердечно-сосудистой системы.
Стоит отметить, что кадмий является канцерогеном и способен накапливаться в организме человека. В отличие от ранее упомянутой ртути, он не способен проникать в мозг, поэтому не обладает нейротоксичностью.
Самыми серьезными загрязнителями вод кадмием являются предприятия горно-металлургического комплекса Украины. Они сосредоточены в районе Кривого Рога, Мариуполя, Днепродзержинска и Никополя. На территориях, приближенных к производствам, загрязнены как все поверхностные, так и подземные воды, поэтому самым безопасным источником остается вода из водопровода, по возможности дочищенная.
Цинк в воде
Цинк является микроэлементом, который в малых количествах участвует в ферментном обмене, а также в образовании стероидных гормонов, инсулина и прочих, при повышении содержания может вызвать специфичные заболевания.
В воде могут содержаться растворимые соединения цинка, часто это сульфаты и хлориды. При интоксикации солями цинка наблюдаются изменения в почках, а при критическом повышении дозы — желтуха.
Стоит отметить, что при длительном воздействии он вызывает снижение содержания кальция в крови и в костях, таким образом нарушается метаболизм фосфора и развивается остеопороз.
Также при системном воздействии цинк имеет канцерогенные свойства и может вызывать бесплодие.
Основными источниками его поступления в воду являются металлургические и машиностроительные предприятия, также значимый вклад вносят химико-фармацевтическая, деревообрабатывающая и текстильная промышленности.
На территории Украины загрязнение поверхностных вод цинком характерно для городов с развитой металлургической и машиностроительной промышленностью: Кривой Рог, Мариуполь и другие.
Никель и кобальт в воде
Никель является важным микроэлементом, чрезмерные количества которого приводят к повышенной возбудимости центральной нервной системы, анемии, аллергическим реакциям. Никель способен влиять на структуру ДНК и повышает риск новообразований. Что касается кобальта, то его последствия схожи и могут вызывать также сердечные заболевания.
В Украине месторождения никеля и кобальта расположены в Кировоградской и Николаевской областях. Единственным обогатительным предприятием является Побужский ферроникелевый комбинат в Кировоградской области.
Что касается производства никелированных изделий, то они распространены в основном в Полтавской, Днепропетровской, Кировоградской областях. Также отмечено превышение ПДК никеля в Яворовском водохранилище Львовской области, на месте которого ранее был серный карьер.
Встречаются и другие локальные повышения уровня этих токсикантов.
Мышьяк в воде
Мышьяк — это один из самых популярных в средние века ядов. Даже совсем низкое содержание солей мышьяка в питьевой воде является опасным для человека. Он оказывает токсичное влияние на все системы человеческого организма и может приводить к смерти.
Источниками природного загрязнения мышьяком являются некоторые природные минералы, но чаще он вносится в воду антропогенным путем. К таким источникам принадлежат предприятия цветной металлургии, сталеплавильные заводы и работающие на угле тепловые станции. Также активно используются пестициды с небольшим содержанием мышьяка, смыв которых регулярно производится в воды.
Высокий уровень мышьяка в поверхностных водах наблюдается на территории бассейна реки Тиса на территории Западной Украины.
Как очистить воду от тяжелых металлов?
Обратный осмос является самой оптимальной технологией очистки воды от тяжелых металлов. Он удалит металлы в воде, а также токсичные органические вещества. Прочитать о технологии подробнее можно тут.
Ионный обмен обеспечивает снижение содержания тяжелых металлов и жесткости, он часто используется на станциях централизованной водоподготовки. Детальнее прочитать об ионном обмене можно тут.
Также для удаления марганца и железа используются специфические каталитические материалы, которые переводят их в нерастворимую форму и задерживают эти частицы.
Тяжелые металлы в воде — Очистка воды от тяжелых металлов
Тяжелые металлы – это группа веществ, различающихся по атомной массе, плотности, токсичности и уровню распространения в природной среде.
Тяжелыми считаются металлы, плотность которых достигает более высоких значений, чем у железа.
К такой категории относится сразу несколько химических элементов, в числе которых: свинец, медь, никель, ртуть, кобальт и сурьма. В отдельных случаях в нее включают мышьяк.
Стоит отметить, что в определенном количестве, которое предусмотрено природой, металлы требуются человеческому организму для нормальной работы, но превышенные концентрации могут привести к пагубным последствиям.
Тяжелые металлы встречаются человеку повсеместно – в воздухе, воде, пище и даже косметике. Их источниками могут стать как промышленные выбросы, так и эрозия осадочных и горных пород.
И пусть известно, что попадания их в организм следует избегать, это не всегда представляется возможным – по этой причине столь важно время от времени осуществлять анализ продукта на повышенное содержание таких элементов.
Виды тяжелых металлов и их опасность для человека
В зависимости от типа элемента, различается тип его воздействия на организм, а также причины, по которым он попадает в воду.
- Свинец оказывается в воде при возникновении коррозийных процессов в водопроводных трубах. Также загрязнение данным металлом может быть вызвано эрозией почвы. Опасность свинца состоит в том, что в отличие от большинства других веществ, он не удаляется при кипячении. Более того, его концентрация в таком случае увеличивается из-за испарения части воды.
- Кобальт оказывается в воде чаще всего из-за расположенных рядом с источниками производственных мощностей. Отравление кобальтом может вызвать сердечную недостаточность, заболеваний щитовидной железы, а также потерю аппетита и нарушение обоняния. В некоторых случаях возможно даже развитие бронхиальной астмы.
- Цинк опасен тем, что при избыточной концентрации может заметно снизить иммунитет, а также привести к появлению симптомов астмы.
- Кадмий попадает в воду из-за деятельности мусороперерабатывающих заводов, предприятий металлургической промышленности. Микроэлемент является высокотоксичным и способен нанести вред многим системам в организме – вещество атакует органы дыхания и ЖКТ, нарушает работу центральной и периферической нервных систем. Постоянное воздействие на организм вещества рискует привести к анемии.
- Ртуть является жидким металлом и попадает в воду из естественных источников или сточных вод промышленных предприятий. Будучи чрезвычайно токсичным для человека веществом, оно разделяется по происхождению, которое может быть природным и антропогенным. Как и марганец, ртуть вызывает отравление организма, а также действует на нервную систему, мешая ее нормальной работе.
В высокой концентрации данная группа веществ может оказывать серьезное воздействие на человеческий организм.
Несмотря на то, что каждый элемент уникален по своим свойствам, в то же время все вещества объединяет более агрессивная атака на детский организм.
Тяжелые металлы вызывают задержку физического и умственного развития у детей. Подобное происходит при продолжительном приеме воды, загрязненной данными веществами.
Главной опасностью тяжелых металлов является умение накапливаться в организме и в последствии не выводиться.
В этой связи и проявляются регулярные проблемы со здоровьем, так как ионы тяжелых металлов осаждаются в органах человеческого тела, а в случаях с высокой концентрацией даже приводят к мутации.
Металлы опасны прежде всего для жизненно-важных органов, например, печени и почек, так как снижают их фильтрационную способность.
В зависимости от типа вещества, предельно допустимая концентрация может отличаться. Так, у меди и цинка она составляет 1 мг/л, в то время как у кадмия и ртути она значительно ниже – 0,001 мг/л и 0,0005 мг/л соответственно.
Подробная информация об услугеХимический Анализ Воды
Важность своевременной проверки воды на содержание тяжелых металлов
Очистка воды от загрязнения тяжелыми металлами – это необходимость. Своевременное вмешательство и определение точного уровня концентрации веществ позволит избежать каких-либо осложнений и заболеваний. Испытательный центр «НОРТЕСТ» предоставляет услуги по анализу воды на тяжелые металлы, используя собственную лабораторию и современное оборудование.
Тяжелые металлы в воде определяются при помощи нескольких методик, в зависимости от их типа, а также причины появления. Самыми популярными являются три вида исследований, о каждом из которых нужно рассказать подробнее.
- Атомно-эмиссионная спектрометрия. АЭС представляет собой объединение методик элементного анализа, которые основываются на исследовании спектров испускания свободных атомов и ионов. Чаще всего спектры регистрируются в диапазоне длин волн 200-1000 Нм.
- Фотометрический анализ. Данный вид исследований представляет собой избирательное поглощение электромагнитного излучения. При ФА задействуется сразу несколько способов анализа, в числе которых визуальная фотометрия, спектрофотометрия и фотоколориметрия.
- Флуориметрический анализ, который еще называют люминесцентным, основывается на исследовании интенсивности излучения, возникающего при выделении избыточной энергии молекулами тестируемого вещества. Молекулы при этом находятся в возбужденном состоянии.
В лабораторных условиях чаще всего используется фотометрический метод, которые позволяет получить информацию о составе воды заметно быстрее.
Однако, оптимальный вариант зависит от конкретного случая, вида поставленной задачи и возможностей лаборатории.
Испытательный центр «НОРТЕСТ» предлагает заказать анализ воды на тяжелые металлы для обнаружения одного или нескольких элементов сразу с высокой точностью.
Правильность отбора проб – важная составляющая
Чтобы обеспечить точность результатов исследований и минимизировать погрешность, важно правильно подойти к процессу отбора проб. Отметим, что он зависит от источника воды.
- В случае с забором воды из систем городского водоснабжения используется чистая тара объемом от 1,5 л. Перед помещением воды в емкость необходимо сливать ее из крана в течение 10 минут, сполоснуть тару и после этого залить воду в бутылку, предварительно побеспокоившись об отсутствии пузырьков воздуха. Проба должна быть сдана в тот же день.
- При заборе из скважины нельзя брать воду из гидроаккумулятора. Предварительно также требуется прокачать скважину в течение 30 минут, после чего повторить вышеописанные процедуры.
- Если необходимо отобрать пробу из колодца, потребуется подготовить большую емкость и набрать в нее от 5 до 10 ведер воды, чтобы получить среднее значение по всем показателям. Далее повторяется процедура из первого пункта.
Как видите, самостоятельный отбор проб – это вполне реально, однако в таком случае всегда есть вероятность допустить ошибку, которая непосредственным образом повлияет на точность результатов. Чтобы избежать подобного, рекомендуется обратиться в квалифицированную лабораторию, специалисты которой осуществят отбор проб в соответствии со всеми стандартами и правилами.
Заказ анализа воды на тяжелые металлы в лаборатории «НОРТЕСТ»
Помимо самих исследований, сотрудники испытательного центра «НОРТЕСТ» помогут разработать комплекс решений, направленных на улучшение качества воды – это также касается выбора оптимального способа очистки. В зависимости от ситуации, это может быть:
- Сорбция – поглощение сорбентами имеющихся в воде примесей.
- Ионный обмен – процесс обмена ионами с примесями и получение соединений, которые не несут вреда.
- Электролиз – процесс распада химических соединений под влиянием электрического тока.
- Обратный осмос – пропускание влаги через полупроницаемую мембрану.
Компания «НОРТЕСТ» – это квалифицированный испытательный центр, оснащенный по последнему слову техники. Обладая многолетним опытом в области исследований воды, мы используем наиболее эффективные способы анализа воды на наличие тяжелых металлов, гарантируя высокую точность результата с минимальной погрешностью.
Начиная отбором проб и заканчивая подготовкой результатов, наши специалисты неукоснительно следуют предусмотренным инструкциям и стандартам, установленным государством. Обратившись к нам, можно рассчитывать на индивидуальный подход к конкретной проблеме, а также быстрое выполнение задачи по определению концентрации тяжелых металлов без каких-либо нарушений.
Пдк тяжелых металлов в воде
Основными загрязнителями окружающей среды являются тяжелые металлы. К ним относятся химические элементы с относительной атомной массой свыше 40 и плотностью более 5 г/см3, хотя некоторые к тяжелым металлам относят химические элементы с атомной массой свыше 50 и плотностью более 6 г/см3.
Термин «тяжелые металлы» заимствован с технической литературы, где металлы делятся на тяжелые и легкие. В растениях тяжелые металлы входят в группу микроэлементов наряду с физиологически необходимыми, такими как цинк, медь, железо, марганец, молибден, кобальт и др.
Все без исключения микроэлементы могут оказывать отрицательное влияние на растения, если концентрация их доступных форм превышает определенные пределы. Это связано с тем, что действие любых химических веществ носит строго дозовый характер.
Поэтому термин «тяжелые металлы» следует применять в негативном плане по отношению к более токсичным, не нужным растению элементам, а термин микроэлементы — по отношению к физиологически полезным.
Из большого разнообразия тяжелых металлов наибольшую опасность представляют кадмий, свинец, ртуть, цинк и медь, что связано с их высокой токсичностью .
В последние годы в связи с прогрессирующим загрязнением водоемов различными токсичными веществами, а также ростом хозяйственно-питьевого и промышленного водопотребления проблеме,,чистой’’ воды уделяется большое внимание.
Содержание тяжелых металлов в водоемах определяется разнообразным количеством факторов.
Под факторами формирования химического состава природных вод понимают причины, обусловливающие течение разнообразных процессов, которые вызывают изменения минерализации и химического состава воды.
Эти факторы разделяются на физико-географические, физико-химические, физические, биологические и искусственные. Уровень концентрации тяжелых металлов может также зависеть от антропогенной нагрузки на водоем.
При оценке состояния экосистемы важно учитывать загрязненность водного объекта токсичными веществами. Наибольшую опасность среди них представляют тяжелые металлы. Известно, что в определенных концентрациях они не только влияют на качество пресных вод, но и становится токсичными для гидробионтов и аккумулируются в их тканях.
По трофическим цепям металлы могут попадать в организм человека. Эти обстоятельства и обуславливают необходимость исследования загрязненности водой среды тяжелыми металлами.Токсичность тяжелых металлов зависит от температуры,рН, жесткости воды,содержания органических веществ. В таблице 1.1 приведены показатели ПДК для тяжелых металлов в воде водоемов.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) — утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив.
Под ПДК понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.
Таблица 1.1 Предельно допустимые концентрации некоторых тяжелых металлов в воде водоемов
| Металл | Предельно допустимая концентрация, мг/дм3 | Класс опасности |
| медь | 1,0 | 3 |
| цинк | 1,0 | 3 |
| свинец | 0,03 | 2 |
| кадмий | 0,001 | 2 |
| кобальт | 0,1 | 2 |
| хром (III) | 0,5 | 3 |
| хром (VI) | 0,05 | 3 |
| никель | 0,1 | 3 |
| марганец | 0,1 | 3 |
| ртуть | 0,0005 | 1 |
| железо | 0,3 | 3 |
| молибден | 0,25 | 2 |
Методов определения содержания тяжёлых металлов в воде очень много. Так, содержание тяжёлых металлов в водных средах может определяться рядом методов химического и физико-химического анализа — весовым, спектральными, электрохимическими и др. В зависимости от количества анализируемого вещества содержание тяжёлых металлов может определяться методами макро-, полумикро и микроанализа.
В настоящее время существуют две основные группы аналитических методов для определения тяжелых металлов: электрохимические и спектрометрические методы. В последнее время с развитием микроэлектроники электрохимические методы получают новое развитие, тогда как ранее они постепенно вытеснялись спектрометрическими методами.
Среди спектрометрических методов определения тяжелых металлов первое место занимает атомно-абсорбционная спектрометрия с разной атомизацией образцов: атомно-абсорбционная спектрометрия с пламенной атомизацией (FAAS) и атомно-абсорбционная спектрометрия с электротермической атомизацией в графитовой кювете (GF AAS).
Основными способами определения нескольких элементов одновременно являются атомная эмиссионная спектрометрия с индукционно связанной плазмой (ICP-AES) и масс-спектрометрия с индукционно связанной плазмой (ICP-MS).
За исключением ICP-MS остальные спектрометрические методы имеют слишком высокий предел обнаружения для определения тяжелых металлов в воде.
Определение содержание тяжёлых металлов в пробе производится путем перевода пробы в раствор — за счет химического растворения в подходящем растворителе (воде, водных растворах кислот, реже щелочей) или сплавления с подходящим флюсом из числа щелочей, оксидов, солей с последующим выщелачиванием водой.
После этого соединение искомого металла переводится в осадок добавлением раствора соответствующего реагента — соли или щелочи, осадок отделяется, высушивается или прокаливается до постоянного веса, и содержание тяжёлых металлов определяется взвешиванием на аналитических весах и пересчетом на исходное содержание в пробе. При квалифицированном применении метод дает наиболее точные значения содержания тяжёлых металлов, но требует больших затрат времени.Для определения содержания тяжёлых металлов электрохимическими методами пробу также необходимо перевести в водный раствор. После этого содержание тяжёлых металлов определяется различными электрохимическими методами — полярографическим (вольтамперометрическим), потенциометрическим, кулонометрическим, кондуктометрическим и другими, а также сочетанием некоторых из перечисленных методов с титрованием. В основу определения содержания тяжёлых металлов указанными методами положен анализ вольт-амперных характеристик, потенциалов ион-селективных электродов, интегрального заряда, необходимого для осаждения искомого металла на электроде электрохимической ячейки (катоде), электропроводности раствора и др., а также электрохимический контроль реакций нейтрализации и др. в растворах. С помощью этих методов можно определять тяжёлые металлы до
10-9 моль/л.Эта группа методов позволяет определять содержание различных тяжёлых металлов в широком диапазоне концентраций с удовлетворительной точностью, но трудоемкость указанных методов также довольно высока.
Достаточно разнообразна группа спектральных методов определения содержания тяжёлых металлов.
В нее входят, в частности, различные методы определения тяжёлых металлов из анализа характеристических спектров электромагнитного излучения атомов — атомный эмиссионный анализ, атомный абсорбционный анализ, спектрофотометрия, масс-спектрометрия, спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ISP-спектрометрия), рентгеноспектральный анализ.
Содержание тяжёлых металлов в очень малых (примесных) концентрациях — чаще радиоактивных изотопов соответствующих элементов, но и не радиоактивных тоже — определяется рядом методов ядерной спектрометрии (бета-, гамма-спектрометрии, а также нейтронно-активационного анализа).
В некоторых случаях содержание тяжёлых металлов определяется комплексными методами, сочетающими спектральные и электрохимические — например, спектрополяриметрией.
К преимуществам спектральных методов относится их высокая чувствительность и, как следствие, небольшие количества пробы, необходимые для анализа содержания тяжёлых металлов в пробе.
Вместе с тем, для осуществления ряда из них (атомный абсорбционный анализ, спектрофотометрия, спектрополяриметрия) пробу необходимо перевести в раствор, что обуславливает довольно высокую трудоемкость таких анализов на содержание тяжёлых металлов. Методы ядерной спетрометрии для анализа содержания тяжёлых металлов довольно специфичны.
Из числа спектральных методов определения содержания тяжёлых металлов наиболее привлекательным представляется один из вариантов рентгеноспектрального анализа — рентгенофлуоресцентный анализ. Этот метод универсален и позволяет определять содержание тяжёлых металлов в широком диапазоне атомных номеров элементов.
Так, наиболее совершенные приборы для реализации этого метода определения содержания тяжёлых металлов — рентгенофлуоресцентные кристалл-дифракционные сканирующие спектрометры серии «Спектроскан Макс» позволяют определять элементы от натрия 11Na до урана 92U (94 Pu) при содержании этих элементов (в т.ч. тяжёлых металлов) от 0,3 ppm (мг/кг).
Так, методика анализа воды на сорбционных целлюлозных ДЭТАТА фильтрах рентгенофлуоресцентным методом, разработанная фирмой-изготовителем спектрометров “Спектроскан”, позволяет определять такие элементы, как- Bi, Pb, Zn, Сu (II), Ni, Co, Fe (III), Mn (II), Cr (III) и V.
Однако, при анализе природных вод с высокими валовыми содержаниями железа (до 1,5 мг/дм3) и марганца (до 1,0 мг/дм3) сорбционной емкости ДЭТАТА фильтров не хватает для одновременного определения указанных элементов. В процессе анализа теряется возможность их многоразового использования- фильтры загрязняются солями железа и марганца.
Предел обнаружения определяемых элементов поднимается с 0,005 до 0,05 мг/дм3, что в пять раз выше ПДК для рыбохозяйственных водоемов для таких элементов, как Zn, Ni и Со.
— Курсовые работы на заказ
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.
Таблица 1. ПДК тяжелых металлов для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования
| 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.
Оставить комментарий