Тяжелые металлы в воде: проблемы в водопользовании и очистка

Что может находиться в питьевой воде

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.Что может находиться в питьевой воде

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.Естественный уровень металлов в природных водоемах

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.Прямое загрязнение почв и водоемов лигандами металлов

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.Химическая лаборатория городской станции очистки воды Лабораторный спектрометр

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.

:
Нет комментариев