Тяжелые металлы в сточных водах — определение дозировки реагентов

Страшно опасные: тяжелые металлы в воде

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:

Виды

Какие элементы относят к этой группе:

1. Свинец. Самый распространенный металл из группы «тяжелых». Содержится в окружающей среде повсеместно: в почве, горных породах, грунтовых водах, атмосфере и живых организмах.
2. Ртуть. Жидкий металл. Естественным образом попадает в глубокие грунтовые воды. Часто накапливается в рыбе и морских ракообразных.
3. Кадмий. В природе встречается редко и только в минералах цинка. Поступает в природные воды в результате смыва почв, выветривания полиметаллических и медных руд.
4. Цинк. В природе в чистом виде не встречается. Его добывают из полиметаллических руд с содержанием от 1 до 4% сульфида цинка.
5. Кобальт. Распространенный элемент. Месторождения находятся в Европе, Африке, США и Австралии.
6. Медь. Встречается в естественной среде в самородном виде и в составе соединений. Токсичны для человека некоторые из них.
7. Молибден. В природе в чистом виде не встречается. Залегает глубоко в земной коре. Незначительно присутствует в природной пресной и морской воде.
8. Марганец. 14-й по распространенности элемент на Земле. На морском дне глубиной более 3-х км образуются воды сильно насыщенные марганцем.

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.

ПДК

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.

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:

1. I класс опасности:
   • ртуть наиболее опасна и токсична, вызывает головные боли, нервные расстройства, тахикардию, бессонницу, хроническую усталость, подавляет нормальное функционирование нервной системы.
2. II класс опасности:
   • свинец — он не исчезает даже при кипячении, отравляет все органы и системы, накапливается в костях и печени;
   • кадмий — 2 класс опасности присущ не чистому металлу, а любым его соединениям, вызывает анемию, проблемы с сердцем, отек легких, развитие гипертонии;
   • кремний — избыток кремния взывает проблемы с суставами, органами дыхания, увеличивается риск образования камней в почках и желчном пузыре.
3. III класс опасности:
   • железо — нужно для поддержания гемоглобина и нормального кислородного обмена, но его переизбыток приводит к рвоте, тошноте, болям в кишечнике и желудке, повреждениям мозга и печени;
   • медь — в малых дозах обезвреживает отравляющие вещества, но в большом сама становится ядом, накапливается в мозге, провоцирует тремор, нарушения речи, психозы, болезнь Альцгеймера;
   • цинк — пагубно влияет на пищеварительную систему, провоцирует рвоту, диарею, боли в желудке, анорексию.

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:

• выбросы в атмосферу с фабрик и промышленных предприятий;
• автомобильные выхлопы;
• свалки;
• металлургическая промышленность;
• машиностроение;
• сточные воды;
• с/х деятельность.

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:

1. Фотометрический анализ. Основан на избирательном поглощении электромагнитного излучения.
2. Атомно-эмиссионная спектрометрия. Это исследование спектров испускания свободных атомов и ионов вещества.
3. 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:

1. 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.
2. Нанофильтрация. Прогонка воды через и вдоль микрофильтров из полиамида, керамики, целлюлозы. Подходит для заключительного этапа очистки либо для умеренных загрязнений.
3. 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 сточных водах — определение дозировки реагентов

Наличие тяжелых металлов в сточных водах предприятия — это одна из самых часто встречающихся проблем в современной промышленности, особенно на электрохимических производствах. Для снижения нагрузки на окружающую среду от тяжелых металлов установлены предельно допустимые концентрации вредных веществ, которые не должны превышаться в жидких и газообразных отходах. Штрафы, выставляемые предприятиям становятся всё выше, а с ними появляется всё больше желания решать эту проблему.

Частично тяжелые металлы (медь, олово, марганец, железо, кадмий, серебро, мышьяк, никель, хром, цинк, свинец, ртуть, талий) осаждаются и отделяются нейтрализацией сточных вод гидроокисью натрия или известью как труднорастворимые гидроксиды. Для улучшения эффективности осаждения могут быть использованы флокулянты. Также тяжелые металлы можно исзвлекать из воды с помощью специальных ионообменных смол.

Во многих случаях вышеперечисленные методы не являются эффективны, так как металлы в воде могут находиться в разных формах, в том числе тех, на которые ни щелочная среда, ни флокулянты не подействуют.

Реагенты для осаждения тяжелых металлов

Для осаждения тяжелых металлов из сточных воды могут быть применены различные реагенты, в том числе RUTROL TMT 15 (водный раствор тримеркаптотриазина в концентрации 15%), RUTROL PSN 231, RUTROL DTC, AMERSEP MP7 (раствор политиокарбоната)

Осадители образуют с тяжелыми металлами соединения, более «крепкие» и устойчивые, чем исходные, переводя все металлы в одну форму, которая образует осадок и может быть отделена от очищаемой воды , например:

• Улучшая действие щелочной обработки воды, совместно с ней;
• Заменяя щелочную обработку на совместную с обработкой флокулянтами.

Технологии удаления тяжелых металлов из сточных вод

Осаждение тяжелых металлов может проводиться в специальном отстойнике или в протоке — когда реагент дозируют в трубу. Оптимальным рН для осаждения является диапазон 5-11. После этого подается ТМТ 15 и синтетический флокулянт. Для осаждения требуется время, когда обработанный реагентом раствор, часто содержащий флокулянт, оставляют без перемешивания. Далее осадок, содержащий тяжелые металлы должен быть отделен, а очищенная вода поступает на дальнейшую обработку или в сток.

Дозирование химических реагентов оптимально производить в автоматическом пропорциональном режиме. Лучше всего, контролировать концентрацию тяжелых металлов в воде и пропорционально ей изменять дозировку реагентов.

Стоимость обработки удаления тяжелых металлов

Поскольку часто в очищаемой воде содержится несколько тяжелых металлов, для расчетов и оценки стоимости обработки мы рекомендуем рассчитывать «среднюю молекулярную массу металлов». Далее рассчитывается общая концентрация тяжелых металлов. Например, если средняя молекулярная масса равна 83,82, а общая концентрация всех тяжелых металлов и металлоидов составляет 4,17 мг/дм3, то можно составить такую таблицу:

*Из этой таблицы можно получить только данные о примерной стоимости обработки. Но реальные дозировки реагентов лучше всего устанавливать в зависимости от лабораторных и опытно-промышленных испытаний

Загрязнение воды тяжелыми металлами: опасность для водной среды, последствия и способы предотвращения

Питьевая вода в прозрачном стакане внушает доверие внешним видом и прекрасно утоляет жажду. Но говорить о гарантированной безопасности этой воды нельзя.

Всегда остаётся вероятность попадания в гидросферу тяжелых металлов из загрязненной человеком водной среды.

Опасность загрязнения водоемов и мирового океана данными элементами связана с тем, что тяжелые металлы в воде не обнаруживаются органолептически, то есть не заметны на вкус, запах и цвет.

Их присутствие в чашке чая или скважине на дачном участке определит только химическая лаборатория, располагающая методиками анализа и необходимым оборудованием для контроля качества вод.

Понятие и определение

К тяжелым металлам с точки зрения химии относят элементы таблицы Менделеева, обладающие металлическим свойствами и относительной атомной массой выше 50. Другой критерий — плотность, равная или превышающая удельный вес железа (7,8 г/см 3 ).

Но в водоочистке и медицине понятие «тяжелые металлы» трактуется шире. Этот термин объединяет вещества с металлическими свойствами, наносящие серьезный ущерб людям и экосистемам.

Самыми опасными являются следующие элементы:

• хром (51,9);
• никель (58,7);
• кобальт (58,9);
• медь (63,5);
• цинк (65,4);
• мышьяк (74,9);
• кадмий (112,4);
• ртуть (200,6);
• свинец (207,2).

С чем связана опасность?

В гидросферу тяжелые металлы попадают в ходе природных процессов и в результате человеческой деятельности.

Загрязнение водоемов и водотоков природными тяжелыми элементами происходит тогда, когда пластовые воды растворяют минералы горных пород, а частицы почвы, разрушенной эрозиями, уносятся в водоемы вместе с атмосферными осадками.

Тяжелые металлы берутся в почве, а затем мигрируют в гидросферу в результате трёх естественных процессов в природе:

1. Прямое обогащение. Чернозём на Алтае естественно обогащен мышьяком в концентрации 100-150 мг/кг.

1. Нарушение баланса между химическими элементами. Содержание мышьяка в странах Южной Азии превышает 200 мкг/л при норме 10 мкг/л. Причина — нарушение буферной роли почвы, в сдвиге оптимального соотношения мышьяка и железа в водонасыщенных осадках, где благодаря присутствию пирита образуется восстановительная среда.

1. Активизация литогенных тяжелых элементов. В почве западной части США в фосфоритных месторождениях и сопряженных с ними углистоглинистых сланцах содержится селен (Se) в концентрации 700 мг/кг при норме для почв США 0,4 мг/кг. В момент орошения этих участков для нужд сельского хозяйства селен почвы становится подвижным и переносится в водоемы с потоками дренажной воды. Концентрация Se в телах животных и тканях водолюбивых растений достигает уровня 3000 мг/кг. Гибель скота в штатах Айдахо, Юта и Вайоминг учёные связывают с высоким содержанием селена, содержащегося в воде и растениях этих территорий.

Природное загрязнение гидросферы тяжелыми металлами нельзя игнорировать, но большинство токсичных элементов в воду сбрасывает всё же человек, непрерывно наращивающий масштабы промышленного производства и сельскохозяйственной деятельности.

Источники антропогенного загрязнения водоемов

К таковым относятся:

• горнодобывающие заводы;
• тепловые электростанции;
• заводы, производящие пластмассу, композиты, краски;
• металлургическая промышленность;
• нефтеперегонные заводы и предприятия по добыче нефти;
• металлургические комбинаты;
• заводы по производству электротехники и гальванического оборудования;
• комбинаты по выпуску удобрений;
• свалки бытовых отходов и крупные промышленные полигоны.

Недостаточное очищение промышленных и бытовых стоков, а также смыв удобрений с полей загрязняет поверхностные водоемы, ощутимо затрудняя их использование. При повреждении водоупорных горизонтов ядовитые вещества с поверхности способны просочиться в подземные водотоки, поэтому водозаборные скважины также не защищены от агрессивных антропогенных воздействий.

Последствия

Тяжелые металлы из поверхностных и подземных вод при недостаточной очистке проникают в систему водоснабжения, и затем с питьевой водой попадают в организм человека. Тяжёлые металлы склонны к биоаккумуляции – накоплению в органах и тканях с течением времени.

С каждой чашкой чая, если вода загрязнена, незаметные токсиканты проникают в тело человека. Тяжелые металлы опасны тем, что они сохраняются быстрее, чем они расщепляются (метаболизируются) или выводятся из организма.

Концентрация токсичных химических веществ в организме со временем увеличивается и с определенного момента начинает негативно воздействовать на здоровье.

Люди становятся восприимчивыми к простудам, страдают аллергией, мышечными болями. Нарушается память, снижаются умственные способности, появляется вялость или наоборот нервозность. При длительном воздействии тяжелых металлов на организм человека развиваются состояния, имитирующие болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз.

Повторный длительный контакт с некоторыми тяжелыми металлами и их соединениями провоцирует онкологические заболевания.

Последствия загрязнения вод мирового океана различными видами металлом мы свели в таблицу:

• природные месторождения;
• производство красок/пигментов;
• гальваника;
• кожевенные заводы;
• предприятия химической промышленности.

• заболевания легких, носовой перегородки, барабанной перепонки;
• тяжелые дерматиты;
• тяжелые поражения почек, печени, ЖКТ.

• месторождения сульфидных медно-никелевых, железоникелевых руд;
• распад растений и животных;
• сточные воды после никелирования;
• сжигание ископаемого топлива;
• стоки заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик.

• выщелачивание медноколчедановых и других руд;
• распад мёртвых организмов и растений;
• сточные воды металлургических, металлообрабатывающих и химических заводов.

• сердечная недостаточность;
• бронхиальная астма;
• патологии щитовидной железы.

• коррозия медных трубопроводов;
• стоки гальванических производств, нефтеперерабатывающих заводов, сельского хозяйства;
• природные процессы.

• язва желудка;
• нарушения работы почек, печени, ЦНС;
• снижение иммунного ответа организма.

• природные процессы (выветривание, вымывание) в горных породах;
• сточные воды горных, химических, металлургических предприятий.

• канцероген;
• бесплодие, снижение иммунитета.

• плавка меди, цинка и свинца;
• производство пестицидов, стекла, красок, фунгицидов;
• выпуск полупроводников, мыла, лекарств;
• сельское хозяйство, промышленность, горное дело;
• естественные источники (почвы, горные породы).

• кровь, почки;
• пищеварительная и центральная нервная система;
• поражения кожи (утолщение, пигментация);
• рак кожи, легких, мочевого пузыря и почек.

• аккумуляторы, сотовые телефоны;
• беспроводные устройства, компьютеры;
• ядерные реакторы;
• коррозия оцинкованных труб;
• выбросы предприятий по переработке металлов.

• канцероген;
• печень, плацента, почки;
• легкие, головной мозг;
• поражение костей (ломкость, искривление, хрупкость);
• рак прямой кишки и легких.

• природные месторождениях в виде руд, содержащих другие элементы;
• люминесцентные лампы;
• термометры, термостаты.

• поражает головной мозг, почки;
• нарушение зрения, тремор;
• нарушение речи, слуха;
• накапливается в организме, вызывая долгосрочные проблемы со здоровьем.

• природные отложения свинца;
• коррозия свинцовых водопроводных труб, кранов, арматуры;
• промышленные и производственные процессы.

• кости, головной мозг, кровь, почки, щитовидная железа, сосуды, ЖКТ;
• головокружения и головная боль;
• снижение внимания;
• замедление умственного развития у детей.

Способы предотвращения

На сооружениях очистки используют несколько способов удаления тяжелых металлов из воды. Выбор метода зависит от концентрации элементов в воде и степени загрязнения жидкости.

• возможность глубокой очистки;
• удаляются Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, цианиды.

• повторное загрязнение очищенных вод;
• дороговизна реагентов;
• образование обильного осадка.

Заключение

Решить проблему многолетнего антропогенного загрязнения воды тяжелыми металлами можно только путем улучшения экологической обстановки в стране и мире, поскольку даже современные методы очистки воды не позволяют досконально удалить все вредные примеси. И у себя дома не лишним будет установить фильтр для воды, чтобы самому не стать таким фильтром.

Источник https://o-vode.net/kakaya-byvaet/tyazhelye-metally-v-vode

Источник https://rutrol.ru/produktsiya/osaditeli-tyazhelykh-metallov/tyazhelye-metally-v-stochnykh-vodakh-skolko-reagentov-dobavlyat

Источник https://rcycle.net/ekologiya/gidrosfera/zagryaznenie-vody-tyazhelymi-metallami-opasnost-dlya-vodnoj-sredy-posledstviya-i-sposoby-predotvrashheniya