Важкі метали у воді

Важкими металами називають елементи періодичної системи Менделєєва, які володіють металічними властивостями та мають велику молекулярну масу.

Тут ми розкажемо про те, яку шкоду людині можуть завдати дані речовини, в яких регіонах України поширені ті чи інші забруднювачі, а також опишемо їх характерний вплив на здоров'я людини. І під кінець обов'язково познайомимо вас із технологією зворотного осмосу, яка не пропустить небезпечних іонів у воду та їжу.

Які води забруднені?

Важливо розуміти що більшість солей важких металів потрапляють в навколишнє середовище внаслідок дій людини - в основному з викидів видобувних і обробних підприємств, а також теплових електростанцій. Іншими словами, це антропогенне забруднення.

Найоб'ємнішим джерелом забруднення є стічні води, які зливаються в поверхневі водойми з недостатнім рівнем очищення. Ще одним джерелом внесення важких металів є димові гази, які осідають на поверхню землі та змиваються з неї в джерела води. Та ще одним, мабуть, самим серйозним типом забруднення є води, які утворюються при затопленні шахтних виробок, в такому випадку відбувається забруднення навіть підземних вод.

Варто відзначити, що максимальний ризик отруєння солями важких металів зростає при використанні води без подальшого очищення з поверхневих водойм та криниць. У тих випадках, коли забруднені підземні води, також не рекомендується споживання води зі свердловин. В першу чергу, стосується промислових регіонів Східної України.

Манган в воді

Зазначимо, що через тонкощі перекладу з української на російську манган часто називають марганцем. Ми починаємо з цього металу, оскільки після заліза, про яке ми говорили в окремій статті, він найпоширеніший забруднювач свердловинних вод.

Ознаками наявності мангану в вашій воді є чорний, сірий, темно-коричневий наліт на трубах і сантехніці. Смак такої води зазвичай в'язкий, в колір жовтуватий. Руки при тривалому контакті можуть темніти, нігтьові пластини чорніти. При високих концентраціях цього мінералу в воді може з'являтися чорний осад.

На картинці наведена різниця в нальотах, утворених водою з великим вмістом тільки заліза і тієї, яка додатково містить марганець.

Манган належить до третьої групи токсикантів, тобто є помірно небезпечним, і якщо найнеприємніші наслідки від прийому "залізної води" це регулярні закрепи, то з ним все складніше. Попри те, що він бере участь в процесах ферментації, кровотворення, формуванні кісткової тканини, надлишок цього мінералу може негативно позначатися на самопочутті людини. Основні наслідки регулярного вживання води з підвищеним вмістом марганцю - це проблеми центральної нервової системи, які проявляються сонливістю, слабкістю, а іноді навіть тривалими депресивними розладами. Дослідження також підтвердили, що його надлишок здатний негативно впливати на шлунково-кишковий тракт, нирки та кісткову тканину. Останнє критично для дітей, існує захворювання опорно-рухового апарату, яке називають марганцевим рахітом.

Основними джерелами надходження мангану в поверхневі води є процеси вилуговування залізомарганцевих руд і інших мангановмісних мінералів. Що стосується природного його вмісту в свердловинній воді, то причиною цьому є процеси розкладання живих організмів.

Свинець у воді

Норматив свинцю в питній воді для України 0,01 мг/л, що відповідає і міжнародним нормам. Небезпечною дозою є вже 1 мг/л, свинець віднесений до 2-гої групи токсичності.

Свинець в поверхневих водах на території України поширений практично скрізь. Ступінь забруднення залежить від розвитку промисловості та насиченості трафіку на автотрасах. Наприклад, у великих містах і в селищах розташованих біля трас в поверхневих водах часто спостерігаються перевищення ГДК, тобто пити воду з колодязів або джерел зазвичай ризиковано. Варто зазначити, що свинець у невеликих концентраціях надає воді приємний солодкуватий смак.

Серед вражаючих дій можна виділити ураження нервової та кровотворної, серцево-судинної та видільної систем, порушення статевої функції жінок і чоловіків. Також існують дослідження, які підтверджують канцерогенний вплив свинцю. Варто зазначити, що максимально високу токсичність він має для дітей молодшого віку, оскільки вони засвоюють його до 40%, в той час, як дорослі — не більше 10%.

Небезпечний вплив має свинець на нервову систему, його наслідки, знову ж таки, передусім позначаються на дітях. Свинцева енцефалопатія супроводжується епілептичними нападами, головним болем тощо. Залежно від ступеня отруєння симптоми можуть відрізнятися і виявлятися з різною інтенсивністю. У дітей отруєння свинцем здатне призводити до зниження рівня розумового розвитку, а також до проблем зі слуховою та зоровою реакцією.

Ще одним поширеним наслідком є анемія, вона характерна для дітей і схожа на класичну залізодефіцитну. Часто зустрічаються порушення в роботі нирок (оборотна і необоротна нефропатії).

Вплив на серцево-судинну систему і шлунково-кишковий тракт вагомо менший, ніж на ЦНС, але він також зазначається, в розвитку, відповідно, брадикардії та ряду неспецифічних реакцій.

Основними джерелами надходження свинцю в воду й навколишнє середовище є:

• природні джерела (природні мінерали, що містять свинець є одним з основних його джерел);
• кольорова (98%) і чорна металургія (2%) - це процеси отримання самого металу, сплавів, а також обробки сировини;
• машинобудування, паливна промисловість та енергетика — забруднення зумовлене використанням етильованого бензину, яке призводить до викиду токсинів в атмосферу з подальшим їх потраплянням в водойми. У багатьох розвинених країнах практично не використовуються такі бензини, в Україні їх використання обмежене, але не заборонене;
• хімічна промисловість — виробництво пігментів. У наш час виробництво таких фарб мінімізоване;
• транспортні підприємства — все те ж використання бензинів;
• побутові відходи — цей момент дуже важливий, люди викидають в загальні контейнери органічне сміття та акумулятори. Здача побутових, автомобільних акумуляторів на переробку або правильну утилізацію може мати значний позитивний вплив на навколишнє середовище.

Ртуть у воді

Всі знають, як виглядають кульки ртуті з розбитого термометра, власне, їх в суспільстві заведено вважати великою загрозою для здоров'я, а поговорімо про розчинні сполуки ртуті. Це неорганічні сполуки, які утворюються в процесах спалювання вугілля на електростанціях, утилізації промислових відходів, виробництва акумуляторів. Таким чином, сполуки ртуті потрапляють в атмосферу, а потім в воду.

Також другою групою токсичних речовин, які утворюються в процесі роботи бактерій у водоймах і океані - є органічні сполуки ртуті. Однією з найбільш поширених є метилртуть. Якраз її виявляють в рибі та молюсках, які шкідливо їсти. В Україні немає системних критичних перевищень її рівня у водах.

Як приклад промислового забруднення ртуттю можна привести родовище "Микитівка" в Горлівці. З 2014 року через фактичну окупацію шахта перебувала в стані "сухої консервації", з 2016 року устаткування почало здаватися на металолом, а в 2018 році було відключено насосне обладнання, що призвело до підтоплень. Рівень забруднення поверхневих і підземних вод в тому районі робить їх непридатними для пиття.

Ще один приклад — територія заводу "Радикал" у Києві, яка на цей час не оброблена остаточно і несе певні загрози. Але в питанні забруднення питної води цей фактор можна не враховувати, оскільки вода з централізованої системи водопостачання Києва не піддається дії ртуті. Також некритичне підвищення рівнів ртуті можна спостерігати в містах, де розташовані теплові станції, що працюють шляхом спалювання вугілля.

Кадмій у воді

Це важкий метал, який має серйозні побічні дії. У питній воді ГДК для кадмію 0,001 мг/дм³, усі сполуки кадмію токсичні, вони відносяться до речовин другого класу токсичності. Його дія заснована на здатності зв'язувати сірковмісні кислоти та ферменти, в результаті чого, кадмій має нефро- і гепатотоксичність. Наслідками гострого отруєння можуть бути підвищення артеріального тиску, ниркова і легенева недостатність, патології серцево-судинної системи.

Варто відзначити, що кадмій є канцерогеном і здатний накопичуватися в організмі людини. На відміну від раніше згаданої ртуті, він не здатний проникати в мозок, тому не має нейротоксичності.

Найсерйознішими забруднювачами вод кадмієм є підприємства гірничо-металургійного комплексу України. Вони зосереджені в районі Кривого Рогу, Маріуполя, Кам'янського та Нікополя. На територіях, наближених до виробництв, забруднені як всі поверхневі, так і підземні води, тому найбезпечнішим джерелом залишається вода з водопроводу, по можливості доочищена.

Цинк у воді

Цинк є мікроелементом, який в малих кількостях бере участь в ферментному обміні, а також в утворенні стероїдних гормонів, інсуліну тощо. При підвищенні вмісту може викликати специфічні захворювання.

У воді можуть міститися розчинні сполуки цинку, часто це сульфати та хлориди. При інтоксикації солями цинку відбуваються зміни в нирках, а при критичному передозуванні можливе виникнення жовтяниці. Варто відзначити, що при тривалому впливі він викликає зниження вмісту кальцію в крові та кістках, таким чином, порушується метаболізм фосфору і розвивається остеопороз. Також при системному впливі має канцерогенні властивості й може викликати безпліддя.

Основними джерелами його надходження в воду є металургійні та машинобудівні підприємства, також значний внесок вносять хіміко-фармацевтична, деревообробна і текстильна промисловості.

На території України забруднення поверхневих вод цинком характерне для міст з розвиненою металургійною і машинобудівною промисловістю: Кривий Ріг, Маріуполь та інші.

Нікель та кобальт у воді

Нікель є важливим мікроелементом, надмірні кількості якого призводять до підвищеної збудливості центральної нервової системи, анемії, алергічних реакцій. Нікель здатен впливати на структуру ДНК і підвищує ризик новоутворень. Що стосується кобальту, то його наслідки схожі та можуть викликати також серцеві захворювання.

В Україні родовища нікелю і кобальту розташовані в Кіровоградській і Миколаївській областях. Єдиним збагачувальним підприємством є Побузький феронікелевий комбінат біля Кропивницького. Що стосується виробництв нікельованих виробів, то вони поширені в основному в Полтавській, Дніпровській, Кіровоградській областях. Також відзначено перевищення ГДК нікелю в Яворівському водосховищі Львівської області, на місці якого раніше був сірчаний кар'єр. Зустрічаються й інші локальні підвищення рівня цих токсикантів.

Арсен у воді (Миш'як у воді)

Зауважимо, що Арсен часто називають Миш'яком через особливості перекладу з російської на українську. Арсен — це одна з найпопулярніших в середні віки отрут. Навіть зовсім низький вміст солей арсену у питній воді є небезпечним для людини. Він має токсичний вплив на всі системи людського організму і може призводити до смерті.

Джерелами природного забруднення арсеном є деякі природні мінерали, але, частіше, він вноситься в воду антропогенним шляхом. До джерел належать підприємства кольорової металургії, сталеплавильні заводи та теплові станції, що працюють на вугіллі. Також активно використовуються пестициди з невеликим вмістом арсену, змив яких призводить до забруднення грунтових вод і, відповідно, водойм.

Високий рівень миш'яку в поверхневих водах спостерігається на території басейну ріки Тиса на території Західної України.

Як очистити воду від важких металів?

Зворотний осмос є найбільш оптимальною технологією очищення води від важких металів. Прочитати про технологію докладніше можна тут.

Іонний обмін забезпечує зниження вмісту важких металів і твердості, він часто використовується на станціях централізованої водопідготовки. Детально почитати про технологію іонного обміну тут.

Також для видалення мангану та заліза використовуються специфічні каталітичні матеріали, які переводять їх в нерозчинну форму і затримують отримані частинки.