Jak oczyścić wodę z metali ciężkich?

Metale ciężkie to pierwiastki układu okresowego Mendelejewa, które mają właściwości metaliczne i dużą masę cząsteczkową.

Tutaj opowiemy Państwu o szkodliwości tych substancji dla człowieka, w których regionach Ukrainy niektóre zanieczyszczenia są powszechne i opiszemy ich charakterystyczny wpływ na zdrowie człowieka. Na koniec przedstawimy Państwu technologię odwróconej osmozy, która zapobiega przedostawaniu się niebezpiecznych jonów do wody i żywności.

Jaka woda jest zanieczyszczona?

Ważne jest, aby zrozumieć, że większość soli metali ciężkich dostaje się do środowiska w wyniku działalności człowieka - głównie z emisji z przedsiębiorstw wydobywczych i przetwórczych, a także elektrowni cieplnych. Innymi słowy, jest to zanieczyszczenie antropogeniczne.

Największym źródłem zanieczyszczeń są ścieki, które są odprowadzane do wód powierzchniowych przy niewystarczającym oczyszczaniu. Innym źródłem metali ciężkich są gazy spalinowe, które osiadają na ziemi i są wypłukiwane do źródeł wody. I jeszcze jeden, być może najpoważniejszy rodzaj zanieczyszczenia to woda powstająca w wyniku zalania wyrobisk górniczych, w którym to przypadku zanieczyszczone są nawet wody gruntowe.

Warto zauważyć, że maksymalne ryzyko zatrucia solami metali ciężkich wzrasta, gdy woda jest używana bez dalszego uzdatniania z wód powierzchniowych i studni. W przypadkach, gdy wody gruntowe są zanieczyszczone, spożywanie wody ze studni również nie jest zalecane. Dotyczy to przede wszystkim przemysłowych regionów wschodniej Ukrainy.

Mangan w wodzie

Proszę zauważyć, że ze względu na subtelności tłumaczenia z ukraińskiego na rosyjski, mangan jest często nazywany manganem. Zaczniemy od tego metalu, ponieważ po żelazie, które omówiliśmy w osobnym artykule, jest to najczęstsze zanieczyszczenie wody studziennej.

Oznakami obecności manganu w wodzie są czarne, szare, ciemnobrązowe osady na rurach i instalacjach wodno-kanalizacyjnych. Smak takiej wody jest zazwyczaj lepki, o żółtawym zabarwieniu. Dłonie mogą ciemnieć przy dłuższym kontakcie, a płytki paznokci mogą stać się czarne. Przy wysokich stężeniach tego minerału w wodzie może pojawić się czarny osad.

Zdjęcie pokazuje różnicę w płytce nazębnej utworzonej przez wodę o wysokiej zawartości samego żelaza i tej, która dodatkowo zawiera mangan.

Mangan należy do trzeciej grupy substancji toksycznych, czyli jest umiarkowanie niebezpieczny i choć najbardziej nieprzyjemnymi konsekwencjami picia "żelaznej wody" są regularne zaparcia, to jego działanie jest bardziej skomplikowane. Pomimo faktu, że bierze udział w procesach fermentacji, hematopoezy i tworzenia kości, nadmiar tego minerału może negatywnie wpływać na zdrowie człowieka. Głównymi konsekwencjami regularnego spożywania wody o wysokiej zawartości manganu są problemy z centralnym układem nerwowym, które objawiają się sennością, osłabieniem, a czasem nawet długotrwałymi zaburzeniami depresyjnymi. Badania potwierdziły również, że jego nadmiar może negatywnie wpływać na układ pokarmowy, nerki oraz tkankę kostną. Ta ostatnia ma kluczowe znaczenie dla dzieci, ponieważ występuje u nich choroba układu mięśniowo-szkieletowego zwana krzywicą manganową.

Głównym źródłem manganu w wodach powierzchniowych są procesy ługowania rud żelazowo-manganowych i innych minerałów zawierających mangan. Jeśli chodzi o jego naturalną zawartość w wodzie studziennej, jest ona spowodowana rozkładem organizmów żywych.

Ołów w wodzie

Norma dla ołowiu w wodzie pitnej w Ukrainie wynosi 0,01 mg/l, co jest zgodne z normami międzynarodowymi. Niebezpieczna dawka wynosi już 1 mg/l, a ołów jest klasyfikowany jako substancja toksyczna w drugiej grupie.

Ołów w wodach powierzchniowych w Ukrainie jest rozpowszechniony prawie wszędzie. Stopień zanieczyszczenia zależy od rozwoju przemysłu i ruchu na autostradach. Na przykład w dużych miastach i wsiach położonych w pobliżu autostrad wody powierzchniowe często przekraczają MPC, co oznacza, że picie wody ze studni lub źródeł jest zwykle ryzykowne. Warto zauważyć, że ołów w małych stężeniach nadaje wodzie przyjemny słodkawy smak.

Wśród skutków ubocznych wymienia się uszkodzenie układu nerwowego, krwiotwórczego, sercowo-naczyniowego i wydalniczego, a także zaburzenia funkcji seksualnych u kobiet i mężczyzn. Istnieją również badania, które potwierdzają rakotwórcze działanie ołowiu. Warto zauważyć, że jest on najbardziej toksyczny dla małych dzieci, ponieważ wchłaniają one do 40% ołowiu, podczas gdy dorośli nie więcej niż 10%.

Ołów ma niebezpieczny wpływ na układ nerwowy, a jego konsekwencje ponownie dotykają przede wszystkim dzieci. Encefalopatii ołowiowej towarzyszą napady padaczkowe, bóle głowy itp. W zależności od stopnia zatrucia objawy mogą się różnić i objawiać z różną intensywnością. U dzieci zatrucie ołowiem może prowadzić do spowolnienia rozwoju umysłowego, a także problemów ze słuchem i reakcjami wzrokowymi.

Inną częstą konsekwencją jest niedokrwistość, która jest typowa dla dzieci i przypomina klasyczny niedobór żelaza. Często występuje dysfunkcja nerek (odwracalna i nieodwracalna nefropatia).
Wpływ na układ sercowo-naczyniowy i przewód pokarmowy jest znacznie mniejszy niż na ośrodkowy układ nerwowy, ale odnotowano również rozwój bradykardii i szereg niespecyficznych reakcji.

Głównymi źródłami ołowiu w wodzie i środowisku są:

• metalurgia metali nieżelaznych (98%) i żelaznych (2%) - są to procesy otrzymywania samego metalu, stopów i przetwarzania surowców;
• budowa maszyn, przemysł paliwowy i energetyka - zanieczyszczenie spowodowane jest stosowaniem benzyny ołowiowej, co prowadzi do uwalniania toksyn do atmosfery, a następnie ich przedostawania się do zbiorników wodnych. W wielu krajach rozwiniętych taka benzyna praktycznie nie jest używana, podczas gdy w Ukrainie jej stosowanie jest ograniczone, ale nie zabronione;
• przemysł chemiczny - produkcja pigmentów. Obecnie produkcja takich farb jest zminimalizowana;
• firmy transportowe - takie samo wykorzystanie benzyny;
• odpady z gospodarstw domowych - ten punkt jest bardzo ważny, ludzie wyrzucają odpady organiczne i baterie do wspólnych pojemników. Zwracanie baterii domowych i samochodowych do recyklingu lub właściwej utylizacji może mieć znaczący pozytywny wpływ na środowisko.

Rtęć w wodzie

Wszyscy wiedzą, jak wyglądają kulki rtęci z rozbitego termometru, w rzeczywistości są one powszechnie uważane za poważne zagrożenie dla zdrowia, ale porozmawiajmy o rozpuszczalnych związkach rtęci. Są to związki nieorganiczne, które powstają w procesie spalania węgla w elektrowniach, utylizacji odpadów przemysłowych i produkcji baterii. W ten sposób związki rtęci są uwalniane do atmosfery, a następnie do wody.

Drugą grupą toksycznych substancji tworzonych przez bakterie w zbiornikach wodnych i oceanach są organiczne związki rtęci. Jednym z najbardziej powszechnych jest metylortęć. Rtęć znajduje się w rybach i skorupiakach, które są szkodliwe dla zdrowia. W Ukrainie nie ma systemowych krytycznych poziomów rtęci w wodzie.

Przykładem przemysłowego zanieczyszczenia rtęcią jest złoże Mykytivka w Horlivce. Od 2014 roku, ze względu na faktyczną okupację, kopalnia znajduje się w stanie "suchego mothballingu", w 2016 roku sprzęt zaczął być sprzedawany na złom, aw 2018 roku sprzęt pompujący został wyłączony, co doprowadziło do powodzi. Poziom zanieczyszczenia wód powierzchniowych i gruntowych na tym obszarze sprawia, że nie nadają się one do picia.

Innym przykładem jest terytorium zakładu Radical w Kijowie, które nie jest jeszcze w pełni oczyszczone i stwarza pewne zagrożenia, ale czynnik ten można pominąć w kwestii zanieczyszczenia wody pitnej, ponieważ woda ze scentralizowanego systemu zaopatrzenia w wodę w Kijowie nie jest narażona na działanie rtęci. Ponadto niekrytyczny wzrost poziomu rtęci można zaobserwować w miastach, w których znajdują się elektrownie węglowe.

Kadm w wodzie

Jest to metal ciężki, który ma poważne skutki uboczne. W wodzie pitnej MPC dla kadmu wynosi 0,001 mg/dm³, a wszystkie związki kadmu są toksyczne i należą do drugiej klasy toksyczności. Jego działanie opiera się na zdolności wiązania kwasów i enzymów zawierających siarkę, co powoduje nefro- i hepatotoksyczność. Konsekwencjami ostrego zatrucia może być wzrost ciśnienia krwi, niewydolność nerek i płuc oraz patologie sercowo-naczyniowe.

Warto zauważyć, że kadm jest czynnikiem rakotwórczym i może gromadzić się w organizmie człowieka. W przeciwieństwie do wcześniej wspomnianej rtęci, nie jest w stanie przeniknąć do mózgu, więc nie ma neurotoksyczności.
Najpoważniejszymi trucicielami wody kadmem są przedsiębiorstwa kompleksu wydobywczego i metalurgicznego Ukrainy, skoncentrowane w pobliżu Krzywego Rogu, Mariupola, Kamieńska i Nikopola. Zarówno wody powierzchniowe, jak i gruntowe są zanieczyszczone na obszarach w pobliżu zakładów produkcyjnych, więc najbezpieczniejszym źródłem jest woda z kranu, która jest uzdatniana, jeśli to możliwe.

Cynk w wodzie

Cynk jest pierwiastkiem śladowym, który w niewielkich ilościach bierze udział w metabolizmie enzymów, a także w tworzeniu hormonów steroidowych, insuliny itp. Jeśli jego zawartość jest wysoka, może powodować określone choroby.

Woda może zawierać rozpuszczalne związki cynku, często siarczany i chlorki. W przypadku zatrucia solami cynku dochodzi do zmian w nerkach, aw przypadku krytycznego przedawkowania może wystąpić żółtaczka. Warto zauważyć, że długotrwałe narażenie powoduje spadek zawartości wapnia we krwi i kościach, zaburzając w ten sposób metabolizm fosforu i rozwijając osteoporozę. Ma również właściwości rakotwórcze i może powodować bezpłodność w przypadku narażenia ogólnoustrojowego.

Głównymi źródłami fosforu w wodzie są przedsiębiorstwa metalurgiczne i budowy maszyn, ze znacznym udziałem przemysłu chemicznego i farmaceutycznego, drzewnego i tekstylnego.

W Ukrainie zanieczyszczenie wód powierzchniowych cynkiem jest typowe dla miast z rozwiniętym przemysłem metalurgicznym i maszynowym: Krzywy Róg, Mariupol i inne.

Nikiel i kobalt w wodzie

Nikiel jest ważnym pierwiastkiem śladowym, którego nadmierne ilości prowadzą do zwiększonej pobudliwości ośrodkowego układu nerwowego, anemii i reakcji alergicznych. Nikiel może wpływać na strukturę DNA i zwiększa ryzyko nowotworów. Jeśli chodzi o kobalt, jego działanie jest podobne i może również powodować choroby serca.

W Ukrainie złoża niklu i kobaltu znajdują się w obwodach kirowohradzkim i mikołajowskim. Jedynym zakładem wzbogacania jest Pobuzhsky Ferronickel Plant w pobliżu Kropyvnytskyi. Jeśli chodzi o produkcję wyrobów niklowanych, znajdują się one głównie w regionach Połtawy, Dniepru i Kirowohradu. Stwierdzono również obecność niklu powyżej MPC w zbiorniku Jaworów w obwodzie lwowskim, który wcześniej był kamieniołomem siarki.
Istnieją inne lokalne wzrosty poziomu tych substancji toksycznych.

Arsen w wodzie

Należy zauważyć, że arszenik jest często nazywany arszenikiem ze względu na specyfikę tłumaczenia z rosyjskiego na ukraiński. Arsen był jedną z najpopularniejszych trucizn w średniowieczu. Nawet bardzo niski poziom soli arsenu w wodzie pitnej jest niebezpieczny dla ludzi. Ma toksyczny wpływ na wszystkie układy ludzkiego ciała i może prowadzić do śmierci.

Źródła naturalnego zanieczyszczenia arsenem obejmują niektóre naturalne minerały, ale częściej jest on wprowadzany do wody w sposób antropogeniczny. Źródła obejmują przedsiębiorstwa metalurgii metali nieżelaznych, huty stali i elektrownie cieplne opalane węglem.

Pestycydy o niewielkiej zawartości arsenu są również aktywnie stosowane, a ich wymywanie prowadzi do zanieczyszczenia wód gruntowych, a w konsekwencji zbiorników wodnych.

Wysoki poziom arsenu w wodach powierzchniowych obserwuje się w dorzeczu rzeki Cisy w zachodniej Ukrainie.

Jak oczyścić wodę z metali ciężkich?

Przykładem przemysłowego zanieczyszczenia rtęcią jest złoże Mykytivka w Horlivce. Od 2014 roku, ze względu na faktyczną okupację, kopalnia znajduje się w stanie "suchego mothballingu", w 2016 roku sprzęt zaczął być sprzedawany na złom, aw 2018 roku sprzęt pompujący został wyłączony, co doprowadziło do powodzi.

Wymiana jonowa zmniejsza zawartość metali ciężkich i twardość i jest często stosowana w scentralizowanych stacjach uzdatniania wody. Więcej informacji na temat technologii wymiany jonowej znajdą Państwo tutaj.

Aby usunąć mangan i żelazo, stosuje się również specjalne materiały katalityczne, które przekształcają je w nierozpuszczalną formę i zatrzymują powstałe cząsteczki.