Come purificare l'acqua dai metalli pesanti?

I metalli pesanti sono elementi della tavola periodica di Mendeleev che hanno proprietà metalliche e un grande peso molecolare.

Qui le parleremo dei danni che queste sostanze possono causare a una persona, in quali regioni dell'Ucraina sono comuni alcuni inquinanti e descriveremo il loro impatto caratteristico sulla salute umana. Infine, le presenteremo la tecnologia dell'osmosi inversa, che impedirà agli ioni pericolosi di entrare nell'acqua e negli alimenti.

Quale acqua è contaminata?

È importante capire che la maggior parte dei sali di metalli pesanti entra nell'ambiente come risultato dell'attività umana - principalmente dalle emissioni delle imprese minerarie e di lavorazione, nonché delle centrali termiche. In altre parole, si tratta di inquinamento antropico.

La principale fonte di inquinamento è rappresentata dalle acque reflue, che vengono scaricate nei corpi idrici superficiali con un trattamento insufficiente. Un'altra fonte di metalli pesanti sono i gas di scarico che si depositano sul terreno e vengono dilavati nelle fonti d'acqua. E un altro tipo di inquinamento, forse il più grave, è l'acqua generata dall'allagamento delle miniere, nel qual caso anche le acque sotterranee vengono contaminate.

Vale la pena notare che il rischio massimo di avvelenamento da sali di metalli pesanti aumenta quando l'acqua viene utilizzata senza ulteriore trattamento da corpi idrici superficiali e pozzi. Nei casi in cui le acque sotterranee sono contaminate, anche il consumo di acqua dai pozzi è sconsigliato. Questo vale soprattutto per le regioni industriali dell'Ucraina orientale.

Manganese nell'acqua

Si noti che, a causa delle sottigliezze della traduzione dall'ucraino al russo, il manganese viene spesso chiamato manganese. Iniziamo con questo metallo perché, dopo il ferro, di cui abbiamo parlato in un articolo separato, è il contaminante più comune dell'acqua di pozzo.

I segni della presenza di manganese nell'acqua sono depositi neri, grigi e marrone scuro su tubi e tubature. Il sapore di tale acqua è solitamente viscoso, di colore giallastro. Le mani possono scurirsi con un contatto prolungato e le unghie possono diventare nere. In presenza di concentrazioni elevate di questo minerale, nell'acqua possono comparire sedimenti neri.

L'immagine mostra la differenza della placca formata dall'acqua con un alto contenuto di solo ferro e quella che contiene anche manganese.

Il manganese appartiene al terzo gruppo di tossici, cioè è moderatamente pericoloso, e mentre le conseguenze più spiacevoli del bere "acqua di ferro" sono la regolare stitichezza, è più complicato. Nonostante sia coinvolto nei processi di fermentazione, emopoiesi e formazione ossea, un eccesso di questo minerale può influire negativamente sulla salute di una persona. Le principali conseguenze del consumo regolare di acqua ad alto contenuto di manganese sono problemi al sistema nervoso centrale, che si manifestano con sonnolenza, debolezza e, a volte, persino disturbi depressivi a lungo termine. Gli studi hanno anche confermato che il suo eccesso può influire negativamente sul tratto gastrointestinale, sui reni e sul tessuto osseo. Quest'ultimo è fondamentale per i bambini, in quanto esiste una malattia muscolo-scheletrica chiamata rachitismo da manganese.

Le fonti principali di manganese nelle acque di superficie sono i processi di lisciviazione dei minerali ferro-manganese e di altri minerali contenenti manganese. Per quanto riguarda il suo contenuto naturale nell'acqua di pozzo, è causato dalla decomposizione degli organismi viventi.

Il piombo nell'acqua

Lo standard per il piombo nell'acqua potabile in Ucraina è di 0,01 mg/l, in linea con gli standard internazionali. Una dose pericolosa è già di 1 mg/l, e il piombo è classificato come sostanza tossica nel 2° gruppo.

Il piombo nelle acque superficiali in Ucraina è diffuso quasi ovunque. Il grado di contaminazione dipende dallo sviluppo dell'industria e del traffico autostradale. Ad esempio, nelle grandi città e nei villaggi situati vicino alle autostrade, l'acqua di superficie spesso supera l'MPC, il che significa che bere acqua da pozzi o sorgenti è solitamente rischioso. Vale la pena notare che il piombo in piccole concentrazioni conferisce all'acqua un piacevole sapore dolciastro.

Tra gli effetti impattanti ci sono i danni ai sistemi nervoso ed ematopoietico, cardiovascolare ed escretore, e la compromissione della funzione sessuale nelle donne e negli uomini. Esistono anche studi che confermano gli effetti cancerogeni del piombo. Vale la pena notare che è più tossico per i bambini piccoli, che ne assorbono fino al 40%, mentre gli adulti non ne assorbono più del 10%.

Il piombo ha un effetto pericoloso sul sistema nervoso e le sue conseguenze, anche in questo caso, colpiscono soprattutto i bambini. L'encefalopatia da piombo è accompagnata da crisi epilettiche, mal di testa, ecc. A seconda del grado di avvelenamento, i sintomi possono variare e manifestarsi con diversa intensità. Nei bambini, l'avvelenamento da piombo può portare a una diminuzione dello sviluppo mentale, nonché a problemi di udito e di reazioni visive.

Un'altra conseguenza comune è l'anemia, tipica dei bambini e simile alla classica carenza di ferro. La disfunzione renale (nefropatia reversibile e irreversibile) è comune.
L'effetto sul sistema cardiovascolare e sul tratto gastrointestinale è significativamente minore rispetto al sistema nervoso centrale, ma si nota anche lo sviluppo di bradicardia e di una serie di reazioni non specifiche, rispettivamente.

Le principali fonti di piombo nell'acqua e nell'ambiente sono:

• metallurgia non ferrosa (98%) e ferrosa (2%) - si tratta dei processi di ottenimento del metallo stesso, delle leghe e della lavorazione delle materie prime;
• costruzione di macchine, industria dei carburanti ed energia - l'inquinamento è causato dall'uso di benzina con piombo, che porta al rilascio di tossine nell'atmosfera e al loro successivo ingresso nei corpi idrici. In molti Paesi sviluppati, questa benzina non viene praticamente utilizzata, mentre in Ucraina il suo uso è limitato, ma non vietato;
• industria chimica - produzione di pigmenti. Oggi, la produzione di tali vernici è ridotta al minimo;
• aziende di trasporto - lo stesso utilizzo di benzina;
• rifiuti domestici - questo punto è molto importante, le persone gettano i rifiuti organici e le batterie in contenitori comuni. La restituzione delle batterie domestiche e delle auto per il riciclaggio o lo smaltimento corretto può avere un impatto positivo significativo sull'ambiente.

Mercurio nell'acqua

Tutti conoscono l'aspetto delle palline di mercurio provenienti da un termometro rotto, infatti sono generalmente considerate un grave pericolo per la salute, ma parliamo dei composti solubili del mercurio. Si tratta di composti inorganici che si formano nel processo di combustione del carbone nelle centrali elettriche, nell'utilizzo dei rifiuti industriali e nella produzione di batterie. In questo modo, i composti di mercurio vengono rilasciati nell'atmosfera e poi nell'acqua.

Il secondo gruppo di sostanze tossiche formate dai batteri nei corpi idrici e nell'oceano è costituito dai composti organici del mercurio. Uno dei più comuni è il metilmercurio. In Ucraina, non esistono livelli critici sistemici di mercurio nell'acqua.

Un esempio di inquinamento industriale da mercurio è il deposito di Mykytivka a Horlivka. Dal 2014, a causa dell'occupazione de facto, la miniera si trova in uno stato di "naftalina a secco"; nel 2016, le attrezzature hanno iniziato ad essere vendute per essere rottamate e nel 2018, le attrezzature di pompaggio sono state spente, il che ha portato a un'inondazione. Il livello di contaminazione delle acque superficiali e sotterranee della zona le rende inadatte all'uso potabile.

Un altro esempio è il territorio dell'impianto Radical a Kyiv, che non è ancora completamente trattato e rappresenta una certa minaccia. Ma questo fattore può essere trascurato nella questione della contaminazione dell'acqua potabile, in quanto l'acqua del sistema di approvvigionamento idrico centralizzato di Kyiv non è esposta al mercurio. Inoltre, un aumento non critico dei livelli di mercurio può essere osservato nelle città con centrali termiche a carbone.

Cadmio nell'acqua

Si tratta di un metallo pesante che ha gravi effetti collaterali. Nell'acqua potabile, l'MPC per il cadmio è di 0,001 mg/dm³, e tutti i composti del cadmio sono tossici, appartenendo alla seconda classe di tossicità. La sua azione si basa sulla capacità di legare gli acidi e gli enzimi contenenti zolfo, con conseguente nefrotossicità ed epatotossicità. Le conseguenze di un'intossicazione acuta possono essere un aumento della pressione sanguigna, insufficienza renale e polmonare e patologie cardiovascolari.

Vale la pena notare che il cadmio è un cancerogeno e può accumularsi nel corpo umano. A differenza del già citato mercurio, non è in grado di penetrare nel cervello, quindi non ha neurotossicità.
I più gravi inquinatori di acqua con cadmio sono le imprese del complesso minerario e metallurgico dell'Ucraina, che si concentrano nei pressi di Kryvyi Rih, Mariupol, Kamianske e Nikopol. Sia le acque superficiali che quelle sotterranee sono contaminate nelle aree vicine agli impianti di produzione, quindi la fonte più sicura è l'acqua del rubinetto, che se possibile viene trattata.

Zinco nell'acqua

Lo zinco è un oligoelemento che è coinvolto in piccole quantità nel metabolismo degli enzimi, nonché nella formazione degli ormoni steroidei, dell'insulina, ecc. Se il contenuto è elevato, può causare malattie specifiche.

L'acqua può contenere composti solubili di zinco, spesso solfati e cloruri. In caso di intossicazione da sali di zinco, si verificano cambiamenti nei reni e, in caso di sovradosaggio critico, si può verificare l'ittero. Vale la pena notare che l'esposizione prolungata causa una diminuzione del contenuto di calcio nel sangue e nelle ossa, interrompendo così il metabolismo del fosforo e sviluppando l'osteoporosi. Ha anche proprietà cancerogene e può causare infertilità in caso di esposizione sistemica.

Le principali fonti di fosforo nell'acqua sono le imprese metallurgiche e di costruzione di macchine, con un contributo significativo da parte dell'industria chimica e farmaceutica, della lavorazione del legno e del tessile.

In Ucraina, l'inquinamento delle acque superficiali da zinco è tipico delle città con industrie metallurgiche e meccaniche sviluppate: Kryvyi Rih, Mariupol e altre.

Nichel e cobalto nell'acqua

Il nichel è un importante oligoelemento, le cui quantità eccessive portano ad una maggiore eccitabilità del sistema nervoso centrale, all'anemia e a reazioni allergiche. Il nichel può influenzare la struttura del DNA e aumenta il rischio di tumori. Per quanto riguarda il cobalto, i suoi effetti sono simili e può anche causare malattie cardiache.

In Ucraina, i depositi di nichel e cobalto si trovano nelle regioni di Kirovohrad e Mykolaiv. L'unico impianto di arricchimento è il Pobuzhsky Ferronickel Plant, vicino a Kropyvnytskyi. Per quanto riguarda la produzione di prodotti nichelati, si trovano principalmente nelle regioni di Poltava, Dnipro e Kirovohrad. Il nichel è stato trovato al di sopra dell'MPC anche nel bacino di Yavoriv, nell'Oblast' di Lviv, che in passato era una cava di zolfo.
Ci sono altri aumenti localizzati del livello di questi tossici.

Arsenico nell'acqua

Va notato che l'arsenico è spesso chiamato arsenico a causa delle peculiarità della traduzione dal russo all'ucraino. L'arsenico era uno dei veleni più popolari nel Medioevo. Anche livelli molto bassi di sali di arsenico nell'acqua potabile sono pericolosi per gli esseri umani. Ha un effetto tossico su tutti i sistemi del corpo umano e può portare alla morte.

Le fonti di contaminazione naturale da arsenico includono alcuni minerali naturali, ma più spesso l'arsenico viene introdotto nell'acqua con mezzi antropogenici. Le fonti includono le imprese di metallurgia non ferrosa, le acciaierie e le centrali termiche a carbone.

Anche i pesticidi con un piccolo contenuto di arsenico vengono utilizzati attivamente e il loro dilavamento porta alla contaminazione delle acque sotterranee e, di conseguenza, dei corpi idrici.

Alti livelli di arsenico nelle acque superficiali si osservano nel bacino del fiume Tisza, nell'Ucraina occidentale.

Come depurare l'acqua dai metalli pesanti?

Un esempio di inquinamento industriale da mercurio è il giacimento di Mykytivka a Horlivka. Dal 2014, a causa dell'occupazione de facto, la miniera si trova in uno stato di "naftalina a secco"; nel 2016, le attrezzature hanno iniziato a essere vendute per essere rottamate e nel 2018, le attrezzature di pompaggio sono state chiuse, il che ha portato a un'inondazione.

Lo scambio ionico riduce il contenuto di metalli pesanti e di durezza e viene spesso utilizzato negli impianti di trattamento dell'acqua centralizzati. Maggiori informazioni sulla tecnologia di scambio ionico qui.

Per rimuovere il manganese e il ferro, si utilizzano anche materiali catalitici specifici per convertirli in una forma insolubile e trattenere le particelle risultanti.