Соли тяжелых металлов в воде

Обновлено: 05.05.2024

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:

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:

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.

Тяжелые металлы в воде

Тяжелые металлы – это токсичные и крайне опасные вещества, способные значительно ухудшить здоровье человека и даже привести к гибели. Биогенные элементы – это исключение среди тяжелых металлов, которые необходимы всем живым организмам. Атомный вес тяжелых металлов составляет более 40.

Самыми опасными являются следующие элементы:

Источники тяжелых металлов в воде

Появление тяжелых металлов в воде обусловлено 2 факторами: антропогенным и природным.

Антропогенные источники:

Металлургия
Машиностроение
Переработка аккумуляторных батарей
Автомобильные выхлопы

Природные источники:

Кислотные дожди
Извержения вулканов

Влияние тяжелых металлов на здоровье человека

Тяжелые металлы в воде имеют высокую биологическую активность, благодаря чему им не составляет труда внедриться в обменные процессы человека, вытеснить полезные вещества и нарушить метаболизм. Воздействие отдельных металлов на организм человека:

Медь – приводит к болезням костной системы, печени, развитию анемии
Кобальт – приводит к развитию анемии, возникновению эндемического зоба, дефициту витамина В12
Цинк – приводит к развитию раковых клеток
Ртуть – приводит к головным болям, нервно-психическим нарушениям, нарушениям речи, снижению мозговой активности и памяти
Кадмий – приводит к деформации костей, отрицательно влияет на почки

Допустимая концентрация тяжелых металлов в воде

Химическое вещество	СанПиН 2.1.4.1074-01, мг/л
Кадмий	0,001
Медь	1
Мышьяк	0,05
Никель	0,1
Ртуть	0,0005
Свинец	0,03
Цинк	5
Хром	0,5
Кобальт	0,1

Методы определения тяжелых металлов в воде

На сегодняшний день определить тяжелые металлы в воде можно 2 способами: электрохимическим и спектрометрическим.

При применении последнего способа особая роль отводится атомно-абсорбционной спектометрии: FAAS (плазменная атомизация) и GFAAS (электротермическая атомизация в графитовой ванночке). Основа электрохимического способа – анализ вольтамперных характеристик.

Условия отбора пробы воды на анализ

Слить воду сильным напором в течении 5-10 минут
Промыть тару несколько раз без моющего средства
Настроить напор тонкой струей
Отобрать 1,5-2 литра исходной воды в чистую пластиковую тару для питьевой воды
Наполнить тару до краев
Закрыть емкость крышкой

Очистка воды от тяжелых металлов

Метод удаления тяжелых металлов из воды зависит от результата анализа. Он может быть отдельным или комбинированным.

Наиболее популярные методы очистки воды от тяжелых металлов:

Сорбентный – глубокое очищение за счет связывания химических веществ и примесей на молекулярном уровне, удаляет даже органические соединения
Посредством ионного обмена – эффективен при небольшом загрязнении воды, на завершающей стадии очистки и в системах водоподготовки, где требуется высокое качество воды; очищение происходит за счет процесса обмена между ионами в растворе и на поверхности твердой фазы
Установка мембранного фильтра – действует на молекулярном уровне, относится к системе глубокой очистки
Гальваническая очистка – предотвращение попадания загрязненной производственной воды в окружающую среду
Магнитная очистка – притяжение тяжелых металлов к магнитному полю
Дистилляция – испарение жидкости и последующее ее охлаждение с целью отделения вредных и тяжелых веществ

Лаборатория «ИОН» проводит анализ в Москве и Московской области, благодаря которому вы сможете узнать состояние вашей воды и способы улучшения ее качества. Мы работаем более 20 лет, занимаемся химическим анализом и разработкой новых методов диагностики веществ и материалов. Сотрудники нашей лаборатории – лучшие специалисты в стране, а приборный парк – самый современный, благодаря плодотворному сотрудничеству с крупнейшими разработчиками аналитического оборудования. Вы можете обратиться к нам для исследования питьевой, природной, талой, морской, технологической воды, а также воды из бассейнов и мест общего пользования.

Также рекомендуем почитать

Железо в воде

Содержание железа в воде – распространенное явление. В допустимых приделах оно приносит пользу организму, но его избыток опасен как для сантехники, так и для человека. Появление железа в воде из скважины связано с процессами растворения горных пород.

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.

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

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.

В воде может присутствовать множество вредных для человека примесей. Чаще всего это хлор, пестициды, нитраты, органические соединения, бактерии, а также тяжелые металлы. Раньше люди не знали, что делать с некачественной жидкостью, как ее улучшить. Сегодня для этого активно используются фильтры для очистки воды.

В этой статье мы рассмотрим подробнее тяжелые металлы как один из загрязнителей живительной влаги, которая предназначается для человека. Что это такое? Как определить их в жидкости? Как очистить от них воду для бытового применения? На эти и многие другие вопросы вы найдете здесь ответы.

Как определить, если ли в воде тяжелые металлы

Есть только один надежный способ, благодаря которому вы выясните, есть в жидкости данный вид примесей или нет. Это анализ воды. Как правильно собрать воду для химического анализа мы уже писали здесь. Далее нужно собрать влагу в чистую емкость согласно правилам забора, и отвезти в один из частных или государственных центров, оказывающих данную услугу. К примеру, в территориальные центры гигиены и эпидемиологии. Или в магазин по продаже очистительного оборудования (некоторые предлагают оказать услугу бесплатно).

В течение нескольких дней результаты анализа будут готовы. Они расскажут, какие именно примеси присутствовали в исследуемом образце, подскажут специалистам, как улучшить качество воды.

Какие тяжелые металлы могут быть обнаружены?

В жидкости может быть обнаружено множество тяжелых металлов, которые нужно удалить. Мы приведем основные, чаще всего встречающиеся.

1. Свинец

Не имеет запаха, вкуса. Способен вызвать у человека острое, хроническое отравление, даже привести к смерти. Имеет свойство накапливаться в тканях организма, в волосах, ногтях. Негативно воздействует на периферическую нервную систему, печень, почки. Блокирует ферменты, участвующие в формировании гемоглобина.

2. Ртуть

Особенно вредна для почек, нервной системы. При попадании вместе с водой в организм способна вызвать нарушение психического состояния, зрения, слуха, потерю чувствительности кожи. Источник ртути чаще всего – промышленные предприятия.

3. Медь

Превышенная концентрация меди в употребляемой жидкости сказывается, прежде всего, на работе ЖКТ – появляется тошнота, рвота, расстройство желудка. Особенно опасна медь для лиц с больной, чувствительной печенью, а также для грудных младенцев.

4. Железо

Распространено на территории Беларуси. Откладывается в органах, тканях человека. Провоцирует серьезные заболевания, в том числе, гемохроматоз. Попадает в воду в природе, из-за геологических особенностей местности. Кроме того, источником железа могут становиться старые железные трубы.

5. Марганец

Негативно влияет на плод во время беременности, становится причиной мутаций. Источником чаще всего являются промышленные предприятия.

Как очищают воду от тяжелых металлов?

Выделяют 4 основных метода, а именно:

сорбция (поглощение сорбентами примесей из воды), например, в фильтре Гейзер Стандарт за это отвечает картридж БАФ,
ионный обмен (обмен ионами с примесями и образование безвредных соединений),
электролиз (распад химических соединений под воздействием электрического тока),
обратный осмос (влага пропускается сквозь полупроницаемую мембрану).

Какой метод очистки чаще всего используется в быту?

Обратный осмос

Удаление тяжелых металлов из жидкости, предназначенной для пищевых целей, в домах белорусов часто осуществляется фильтрами на основе обратного осмоса. Это достаточно сложные многоступенчатые системы, которые довольно быстро, поэтапно избавляют влагу от вредоносных примесей.

Плюс фильтра – он эффективно справляется практически со всеми загрязнениями. После такой системы можно быть уверенным в качестве используемой жидкости.

Сорбция

В бытовых фильтрах сорбционную очистку осуществляют картриджи на основе активированного угля. Помимо тяжелых металлов, они удаляют хлор, хлористые соединения, органику, а также неприятные привкусы и запахи. Угольные картриджи являются основой проточных фильтров, их устанавливают на стадии предварительной очистки перед мембраной обратного осмоса.

Активированный уголь с его сорбционными свойствами используется при создании картриджей для большинства видов питьевых фильтров – кувшинов, настольных, проточных, осмотических и пр.

Если вы хотите обезопасить себя от вредоносного воздействия тяжелых металлов, очистить от них воду, рекомендуем вам использовать обратноосмотическую или проточную систему от надежного производителя.

Тяжелые металлы — общее название для группы элементов, оказывающих отрицательное воздействие на здоровье при их попадании в живые организмы с водой и пищей. При активном развитии бактерий тяжелые металлы участвуют в комплексообразовании и становятся особенно опасными.

Единого мнения, что именно входит в состав этой группы, нет. Одни относят к тяжелым металлам элементы с атомной массой, превышающей 50 а.е., другие — металлы с плотностью больше 8 г/см 3 . Загрязненная такими веществами вода нуждается в обязательной очистке.

Содержание тяжелых металлов в воде

Тяжелые металлы попадают в воду вместе с промышленными стоками. Также источником могут являться корродирующие трубы и запорная арматура, припой для труб. Чаще всего речь идет о превышении солей кадмия, меди, свинца, ртути, хрома, никеля. В стоках их содержание не более 1 мг/дм 3 . Что касается СанПиН для питьевой воды, то здесь установлены строгие ограничения. Ниже приводятся некоторые из них.

Кадмий (Сd, суммарно)

Марганец (Мn, суммарно)

Медь (Сu, суммарно)

Молибден (Мо, суммарно)

Мышьяк (Аs, суммарно)

Никель (Ni, суммарно)

Ртуть (Hg, суммарно)

Свинец (РЬ, суммарно)

Селен (Se, суммарно)

* Всего 4 класса опасности: 1 — чрезвычайно опасные, 2 — высокоопасные, 3 — опасные, 4 — умеренно опасные.

Общую концентрацию таких элементов определяют методами АА-спектрофотометрии. Чаще всего проводят анализ стоков перед их сбросом в канализацию или окружающую среду: до биологической очистки, после промышленных цехов и т.д.

Обычно соли тяжелых металлов связаны со взвешенными веществами, поэтому удаление взвесей обеспечивает нужный результат.

При определенных условиях тяжелые металлы находятся в растворенном виде. В таком случае необходимо изменение параметров раствора и применение добавок, например, изменение pH и добавка коагулянтов с флокулянтами. Это приводит к выпадению осадка в форме гидроксидов.

Ртуть может образовывать комплексы с органическими примесями и другими веществами. Эти комплексы удаляют сразу или предварительно разрушают, если это предусмотрено технологией водоочистки.

Удаление происходит на нескольких стадиях водоподготовки:

фильтрация и сорбция. Проводится с применением гранулированных активированных углей, что позволяет полностью удалить ртуть и серебро, а содержание меди и свинца снизить до значений ниже ПДК; . Добавление хлора ускоряет удаление на остальных этапах очистки;
декарбонатация. Использование извести для декарбонатации снижает содержание в воде большинства таких соединений.

Барий, кадмий и никель удалить труднее всего. Для них, кроме описанных выше стадий очистки применяют катионообменные смолы.

Металл	Осветление	Осветление и сорбция гран. акт. углем	Обратный осмос, нанофильтрация
Свинец	2	3	3
Ртуть	2	3	3 (2, если комплексные соединения)
Медь	2	3	3
Барий	1	2	3
Кадмий	1	2	3
Никель	0	1	3
Хром (III)	3	3	3
Хром (VI)	0	3	3

где 0 — удаление до 20% от общего количества, 1 — 20-50%, 2 — 50-80%, 3 — 80-100%.

Очистка в домашних условиях

Данные последней таблицы говорят о том, что наиболее эффективные способы удаления тяжелых металлов — фильтрация через активированный уголь и использование систем обратного осмоса. Это значит, что можно установить проточный фильтр с одной или несколькими ступенями сорбции или обессоливать воду с помощью оборудования с обратноосмотическими мембранами. Все эти фильтры можно найти в нашем каталоге в широком ассортименте: разной производительности, количеством ступеней фильтрации и т.п.

Работаем по всей Беларуси. Многие системы устанавливаем бесплатно в Минске. Обращайтесь за консультацией в чат или звоните по одному из номеров, указанных в верхней части сайта. Наши менеджеры помогут выбрать лучший вариант без переплат за ненужные опции.

Читайте также: