Тяжелые металлы в воде: что это такое, виды, ПДК, вред и опасность для человека, источники, методы проверки и выявления содержания примесей

Что это такое?

Под термином «тяжелые металлы» обычно понимают элементы, относительная атомная масса которых превышает 50 единиц или плотность которых превышает 8 г/см3. Они включают около 40 единиц.

Учитывая его токсичность, стойкость, способность к накоплению в окружающей среде и степень распространения, только ¼ требует особого контроля. Сам термин получил распространение уже не как химический, а как медицинский или экологический.

Все химические элементы в небольших количествах необходимы человеческому организму для нормального роста и функционирования. Но избыток некоторых металлов приводит к развитию патологий, заболеваний и нервных расстройств.

Источником опасных веществ сегодня зачастую является вода, не прошедшая надлежащую очистку, либо вода из источников, расположенных в местах загрязнения. Даже жидкость из водопровода в жилых домах иногда опасно пить.

Как определить, если ли в воде тяжелые металлы

Есть только один надежный способ, благодаря которому вы узнаете, присутствует ли данный вид примесей в жидкости или нет. Это анализ воды. Как правильно набирать воду на химический анализ, мы уже писали здесь. Затем собрать влагу в чистую тару по правилам забора и отнести в один из частных или государственных центров, предлагающих эту услугу. Например, в территориальных центрах гигиены и эпидемиологии. Или в магазин чистящих средств (некоторые предлагают эту услугу бесплатно).

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

Какие тяжелые металлы могут быть обнаружены?

Многие тяжелые металлы могут быть обнаружены в жидкости и должны быть удалены. Приведем самые важные, наиболее часто встречающиеся.

1. Свинец

Не имеет запаха, вкуса. Он может вызвать у человека острое, хроническое отравление, даже привести к летальному исходу. Имеет свойство накапливаться в тканях организма, в волосах, ногтях. Отрицательно влияет на периферическую нервную систему, печень, почки. Блокирует ферменты, участвующие в образовании гемоглобина.

2. Ртуть

Особенно вреден для почек, нервной системы. При попадании в организм вместе с водой может вызвать нарушение психического состояния, зрения, слуха, потерю кожной чувствительности. Источником ртути чаще всего являются промышленные предприятия.

3. Медь

Чрезмерная концентрация меди в потребляемой жидкости в первую очередь сказывается на работе желудочно-кишечного тракта – тошнота, рвота, расстройство желудка. Медь особенно опасна для людей с больной, чувствительной печенью, а также для грудных детей.

4. Железо

Распространен на территории Беларуси. Откладывается в органах и тканях человека. Провоцирует серьезные заболевания, в том числе гемохроматоз. В природе выходит в воду, что обусловлено геологическими особенностями местности. Кроме того, старые железные трубы могут стать источником железа.

5. Марганец

Негативно влияет на плод во время беременности, вызывая мутации. Источником чаще всего являются промышленные предприятия.

Как очищают воду от тяжелых металлов?

Существует 4 основных метода, а именно:

• сорбция (поглощение примесей из воды сорбентами), например в фильтре Гейзер Стандарт, за это отвечает картридж БАФ,
• ионный обмен (обмен ионов с примесями и образование безвредных соединений),
• электролиз (разложение химических соединений под действием электрического тока),
• обратный осмос (влага проходит через полупроницаемую мембрану).

Виды

Какие элементы относятся к этой группе:

1. Вести. Самый распространенный металл из «тяжелой» группы. В окружающей среде встречается повсеместно: в почве, горных породах, подземных водах, атмосфере и живых организмах.
2. Меркурий. Жидкий металл. Уходит естественным путем в глубокие грунтовые воды. Часто накапливается в рыбе и морских ракообразных.
3. Кадмий. Редко встречается в природе и встречается только в минералах цинка.В природные воды попадает в результате эрозии почв, выветривания полиметаллических и медных руд.
4. Цинк. В чистом виде в природе не встречается. Его добывают из полиметаллических руд, содержащих от 1 до 4% сульфида цинка.
5. Кобальт. Общий элемент. Месторождения расположены в Европе, Африке, США и Австралии.
6. Медь. Встречается в природной среде в природном виде и в составе соединений. Некоторые из них ядовиты для человека.
7. Молибден. В чистом виде в природе не встречается. Он залегает глубоко в земной коре. Незначительно присутствует в природной пресной и морской воде.
8. Марганец. 14-й по распространенности элемент на Земле. На глубине более 3 км на морском дне образуется вода, сильно насыщенная марганцем.

Некоторые химики относят сюда также алюминий, бериллий, кремний и мышьяк. Железо условно включено в группу, так как оно ухудшает цвет и вкус воды в больших количествах, что уже является явным препятствием для его использования.

Все вещества попадают в воду не в чистом виде, а в виде ионов и солей, иногда даже более токсичных.

Тяжёлыми металлами

Загрязнение воды тяжелыми металлами, в том числе ртутью, является одной из важнейших промышленных проблем.

Важнейшими источниками вредных отходов являются предприятия автомобильной и металлургической промышленности.

Элемент	Содержание металлов (мкг/л)
Морская вода	Речная вода
Меркурий	0,03	0,03-2,8
Медь	3.0	1,0-20,0
Вести	0,03	1-23.0
Железо	10,0	10,0-67,0
Мышьяк	10,0	30,0-64,0

Попадая в организм, тяжелые металлы и их соединения вызывают тяжелые отравления. В больших концентрациях они приводят к массовой гибели людей и животных.

Читайте также: Обезвреживание отходов: что это такое и какие методы используются

Радиоактивными веществами

Загрязнение воды радиоактивными веществами стали фиксировать сравнительно недавно, но сейчас эта проблема приобрела масштабный характер. При работе предприятий образуются радиоактивные изотопы, которые попадают в воду. Местные водохранилища и реки часто используются для охлаждения ядерных реакторов.

Основные источники загрязнения:

• АЭС;
• ядерные испытания;
• атомоходы.

Употребление загрязненной воды приводит к развитию онкологии, появлению «сломанных» генов и мутаций.

Распространение радиоактивной воды из-за Фукусимы.

Хорошим примером такого загрязнения является Фукусима. Под выведенной из строя станцией находится 360 тонн радиоактивной воды, которая сбрасывается в море из-за постоянных утечек.

Неорганические загрязнения

Неорганическими загрязнителями являются щелочи и кислоты. Они напрямую влияют на качество воды, делая ее непригодной для употребления человеком.

Источники загрязнения:

• сброс промышленных отходов в реку;
• заводские аварии;
• аварии на подземных рудниках.

Такие утечки приводят к тяжелым последствиям – массовой гибели флоры и фауны, отравлению людей.

Канализации

Сточные воды попадают в канализацию, после чего собираются и сбрасываются в местные водоемы. Такая вода содержит не только продукты жизнедеятельности организма, но и опасные химические вещества.

Попадая в воду, они приводят к отравлению и тяжелым заболеваниям. Загрязненная вода является переносчиком малярии, дизентерии, брюшного тифа и паразитов.

Это отличная среда для размножения бактерий и вирусов.

Удобрения

Сельскохозяйственная деятельность также способствует загрязнению гидросферы. Нитраты, фосфаты и пестициды, которые должны были бороться с сорняками, попадают в воду.

Часто просачивание удобрения в воду видно невооруженным глазом – оно меняет цвет.

Это приводит к интенсивному росту сине-зеленых водорослей, которые уничтожают других представителей подводной флоры и фауны.

В такой среде рыба не может жить, что приводит к нехватке корма для животных. Вода, загрязненная удобрениями, со временем превращается в болото.

Процесс перемещения загрязнителей в воде

Основная опасность загрязнения воды заключается в том, что загрязняющие вещества могут перемещаться на большие расстояния за короткое время.

Твердые отходы попадают в ручей и переносятся в другие реки, после чего попадают в мировой океан. То же самое происходит и с жидкими отходами.

Отходы поедаются рыбой и водорослями. После этого они вклинились в пищевую цепочку, заражая птиц, животных и людей. В результате даже небольшая утечка становится глобальной проблемой для всего региона.

Оценка степени загрязнения

Экологи регулярно оценивают степень загрязнения воды, чтобы не пропустить начало экологической катастрофы.

Для анализа состояния гидросферы используются следующие параметры:

1. УКИЗВ. По удельному индексу водные объекты подразделяются на 16 классов опасности.
2. ПДК. Набор для каждого вида ткани отдельно.
3. Биохимическая потребность в кислороде. Указывает уровень кислорода, необходимый для разложения соединений.
4. Щелочность. Показывает количество кислот в воде.
5. Процент взвешенных веществ. К ним относятся песок, планктон, ил, глина и так далее.
6. Количество водорода. Это первый показатель, на который стоит обратить внимание.

Оценка степени загрязнения воды проводится регулярно. Кроме того, исследователи должны взять образец на содержание болезнетворных бактерий.

ПДК

Абсолютно чистой воды в природе не существует. В любом случае в ней будут какие-то минимальные остатки минералов, металлов и микроэлементов.

Разработаны предельно допустимые концентрации тяжелых металлов в хозяйственно-питьевой воде и хозяйственно-бытовой воде, где она считается пригодной для питья и употребления.

Элемент	Предельный показатель вредоносности	ПКД мл/л
Cu медь	Вкус, органолептика	1,0
Сказочное железо	Цвет	0,3
Zn²⁺ Цинк	Общий	1,0
CD Кадмий	—	0,001
Скажи кремний	Санитарно-токсикологический	0,05
Ртути ртути	Санитарно-токсикологический	0,0005
Mo Молибден	Санитарно-токсикологический	0,25
Pb свинец	Санитарно-токсикологический	0,03
Марганец	Органолептический	0,1
Итак, кобальт	Санитарно-токсикологический	0,1
Как мышьяк	Санитарно-токсикологический	0,05
Be2+ Бериллий	Санитарно-токсикологический	0,0002

Откуда берутся загрязнения

Источниками нежелательных загрязнителей являются выхлопные газы автомобилей, промышленные отходы и продукты сжигания отходов. Однако не только деятельность человека вызывает загрязнение, так как кислотные дожди и извержения вулканов могут привести к увеличению концентрации вредных соединений.

Влияние на человека

Содержащиеся в воде тяжелые металлы обладают повышенной биологической активностью и без проблем внедряются в организм человека, нарушая обмен веществ и ослабляя иммунитет.

Медь вызывает заболевания костей и печени, а также может быть инициатором развития анемии. Кобальт также способствует развитию анемии и вызывает дефицит витамина B12. Он также вызывает сердечную недостаточность и заболевания щитовидной железы. Повышенный уровень цинка ослабляет иммунную систему, приводит к симптомам астмы и значительно повышает вероятность развития рака.

Ртуть часто вызывает хронические головные боли, психические расстройства, нарушения речи и общее снижение мозговой активности. Являясь токсичным для человека веществом, он поражает всю нервную систему.
Кадмий отрицательно влияет на функцию почек и может вызывать тяжелые деформации скелета. Свинец быстро накапливается в организме человека и не удаляется из воды даже при кипячении.

Описанные вещества обладают индивидуальными свойствами, определяющими их действие на человека. При этом все они особенно опасны для детей, еще не поправивших свое здоровье. В некоторых случаях металлы приводят к задержке развития.

Большое количество металлов в организме становится отправной точкой для развития ряда серьезных заболеваний или даже мутаций.

Методы определения концентрации

Избежать серьезных проблем со здоровьем поможет своевременная проверка на наличие примесей с последующей очисткой жидкости. Лаборатории предлагают проведение испытаний на самом современном оборудовании.

Способы определения концентрации примесей:

• Атомно-эмиссионная спектрометрия. Методика основана на изучении функций движения свободных атомов и ионов, испускаемых исследуемым веществом.
• Фотометрический анализ. Контролирует способность поглощать электромагнитное излучение.
• Флуориметрический анализ. Изучение излучения, возникающего, когда молекулы накапливают энергию и выделяют излишки в окружающую среду.

В лабораториях чаще всего используют фотометрический метод, позволяющий быстро получить всю необходимую информацию о составе жидкости. Выбор метода напрямую зависит от характеристик загрязнения и того, как именно вода будет использоваться в дальнейшем.

При проведении глубокого анализа воды на концентрацию тяжелых металлов необходимо правильно отбирать пробы. Если забор осуществляется из городского водопровода, необходимо дать воде стечь около 10 минут. Только после этого имеет смысл собирать пробу в емкость объемом от 1,5 литров. Жидкость не должна храниться слишком долго, а все исследования проводятся в один и тот же день.

При работе со скважиной также будет необходима предварительная откачка. А это может занять около получаса. Забор воды из колодца предполагает статистический подход проверки нескольких ведер одновременно и формирования усредненных результатов.

Процедура очистки

Тяжелые металлы в питьевой воде удаляются несколькими способами. В зависимости от результатов анализа применяется тот или иной метод. Применяются как отдельные самостоятельные методы, так и комбинированные.

Эффективные способы удаления примесей:

• Химическое осаждение. Воздействие карбонатов, гидроксидов, сульфидов или комбинаций этих веществ.
• Электрохимическое осаждение. Это происходит в электролизерах, в которых используются нерастворимые и растворимые электроды под действием электрического тока.
• Применение мембранного фильтра. Процессы обратного осмоса, ультрафильтрации и микрофильтрации в составе глубокой очистки. Удалите все нежелательные загрязнения и используйте только чистую воду.
• Магнитный эффект. Генерация поля, притягивающего ферромагнитные вещества и удерживающего их.

Тяжелые металлы в природной воде представляют собой сложную проблему, которая может вызвать дискомфорт или даже привести к серьезным заболеваниям. Важно вовремя провести необходимые анализы и подобрать правильный раствор в зависимости от назначения жидкости.

К чему приводит загрязнение воды

Последствия загрязнения воды могут быть катастрофическими. Уже сегодня состояние гидросферы стало глобальной проблемой, требующей немедленного решения.

Дефицит пресной воды

Одним из худших последствий является отсутствие чистой питьевой воды. С 2021 года с такой нехваткой сталкивается около нескольких миллиардов человек. Больше всего их в африканских странах.

Глобальный уровень дефицита воды по странам.

причиной дефицита является массовое загрязнение водоемов и грунтовых вод, а также отсутствие эффективных систем очистки.

Если проблему не решить, через 2 века будет глобальная катастрофа.

Эпидемии

Наличие в воде тяжелых металлов, солей, кислот, опасных вирусов и бактерий приводит к развитию острых и хронических заболеваний.

Загрязнение воды может вызвать:

• проблемы с сердцем;
• заболевания желудочно-кишечного тракта;
• заболевания печени и почек;
• нарушения в работе опорно-двигательного аппарата;
• глистная инвазия;
• брюшной тиф;
• холера.

Из-за работы фармацевтических компаний в воду попадают антибиотики. Из-за этого в водоемах развиваются новые бактерии, устойчивые к обработке всеми известными человечеству препаратами.

Воздействие на живые организмы

Регулярное употребление грязной воды приводит к накоплению в организме токсических соединений и тяжелых металлов.

В долгосрочной перспективе это приводит к развитию серьезных нарушений в работе всех органов и систем.

Нарушение строения ДНК

Сейчас нарушение структуры ДНК можно наблюдать у рыб. Постоянно выпивая зараженную воду, они мутируют. Это приводит к нарушениям функций организма, патологиям внутренних органов и различным деформациям.

В дальнейшем такие последствия грозят человеку.

Нарушение репродуктивной функции

Грязная вода с тяжелыми металлами негативно влияет на состояние половой системы. Токсичные соединения накапливаются в организме годами, вызывая различные патологии.

В результате употребление загрязненной воды приводит к бесплодию.

Нарушение энергообмена

Токсичные соединения приводят к повреждению митохондриальной мембраны. Клетки теряют способность вырабатывать энергию и потреблять питательные вещества, что приводит к истощению организма.

Результат – хроническая усталость, сонливость и постоянные головные боли.

Нейротоксичное воздействие

Тяжелые металлы – главный враг нервной системы. Накапливаясь в организме, они могут привести к нарушению слуха, координации, чувствительности. Больной характеризуется ухудшением памяти, развитием психических расстройств.

Свинец считается наиболее опасным. В больших дозах приводит к задержке развития у детей.

Вымирание животных

Грязная вода буквально убивает представителей водной флоры и фауны.

Что происходит в океанах:

• нефть и нефтепродукты разрушают жировой слой на перьях птиц, от чего они гибнут от холода;
• рыбки поедают мелкий мусор вместо пищи и погибают;
• температура воды в водоемах повышается, что негативно сказывается на состоянии рыб и животных, привыкших к холоду;
• цветение водорослей разрушает кислород в воде, в результате чего рыба задыхается.

Около 400 видов животных находятся на грани исчезновения.

Кислотные дожди

Испаряясь, ядовитые соединения из воды попадают в атмосферу, где смешиваются с влагой. Этот цикл приводит к токсичным осадкам. Осадки не разъедают все живое, но пагубно влияют на состояние почвы.

Схема образования кислотных дождей.

Дождь повышает кислотность водоемов и почвы, вызывая гибель мальков и насекомых, нарушая пищевую цепь и баланс фауны.

Острова мусора

Большое количество пластика в море привело к образованию так называемых «мусорных островов».

Это целые скопления отходов, которые плавают в воде и загрязняют гидросферу.

Самый большой остров ежедневно засыпается тремястами тоннами мусора. И таких островов много.

Пути решения проблем

Существует несколько способов борьбы с загрязнением воды. Рассмотрим самые эффективные.

Очистка воды

Один из способов уменьшить количество загрязнений в гидросфере — это очистить ее.

В настоящее время реализованы следующие методы:

• Механический. Дренажные трубы оборудованы решетками, которые улавливают тяжелые компоненты и препятствуют их попаданию в акваторию.
• Химический. В резервуары заливают компоненты, нейтрализующие химические соединения. Но сама вода от этого становится жесткой и бесполезной.
• Третичный. В резервуары добавляются специальные порошки, позволяющие очищать воду от бактерий, кислот и тяжелых соединений.

Все эти методы несовершенны и не позволяют решить проблему на глобальном уровне.

Охрана водных ресурсов

В мире активно реализуются меры по защите водных ресурсов от вмешательства человека. Многие крупные водохранилища и озера уже взяты под контроль и классифицированы как охраняемые территории. Доступ к такой воде строго ограничен, а сброс отходов и вывоз мусора запрещены.

Кроме того, экологи стараются привить людям уважительное отношение к пресной воде и привить культуру умеренного и бережного потребления ресурсов.

Решение вопроса на законодательном уровне

Без государственной поддержки решить проблему загрязнения воды невозможно. Законодательство должно предусматривать меры по захоронению мусора, захоронению отходов и другие действия, угрожающие водоснабжению.

Например, в России категорически запрещено строить предприятия, работа которых может нанести ущерб близлежащим водоемам. Крупные штрафы предусмотрены за обращение с отходами и загрязнение воды.

Кроме того, в Российской Федерации действует целый водный кодекс, который направлен на сохранение водных ресурсов страны.

Как предупредить процесс загрязнения

Каждый человек может самостоятельно влиять на состояние водных ресурсов за счет снижения бытовых выбросов.

экологи дают следующие рекомендации:

• не используйте бытовую химию для уборки;
• правильно утилизировать и сортировать отходы;
• не смывать лекарства и мусор в канализацию;
• снизить потребление воды в домашних условиях;
• избегать пестицидов и гербицидов.

Проблему загрязнения воды можно решить совместными действиями и слаженной работой.

Текущая ситуация в мире

Загрязнение воды в мире давно стало актуальной проблемой. На решение брошены все силы государства.

В России

Статистика по России неутешительна — ежегодно в России регистрируется около 3 тысяч случаев загрязнения воды. Наиболее загрязненными являются реки Обь, Волга и Амур, на долю которых приходится 70% всех отходов.

Наихудшая ситуация в Свердловской, Московской и Нижегородской областях.

Основные источники загрязнения в России:

• сточные Воды;
• промышленные отходы;
• сельское хозяйство;
• отходы нефтяной промышленности;
• твердые отходы;
• тепловое загрязнение.

В борьбе с экологической катастрофой государство борется штрафами. Штраф за загрязнение водных объектов для юридических лиц составляет 300 тысяч рублей.

В других странах

Ситуация в мире тоже не самая лучшая.

экологи приводят следующие факты:

• Реки в Азии наиболее загрязнены. В них повышено содержание свинца, бактерий и отходов.
• 30% рек в Ирландии грязные. Они загрязнены пестицидами и химическими удобрениями.
• 85% подземных вод Бангладеш загрязнены мышьяком.
• На реке Мюррей из-за кислот погибло около 1 миллиона птиц и животных.
• 40% рек в США загрязнены.

разрушение озонового слоя и последствия глобальной проблемы

Ультрафиолетовое излучение Солнца — одна из опасностей, которую насылает на Землю самый известный желтый карлик. Озоновый слой защищает население Земли от этого пагубного воздействия, но и он сам нуждается в защите….

Статус объекта НВОС и критерии отнесения предприятий к данной категории

Чтобы руководители компаний помнили об экологических проблемах, в 2016-2019 годах постепенно вводился экологический налог и статус объекта НВОС. Данной мерой правительство России регулирует негативное воздействие бизнеса на окружающую среду…

Парниковые газы в атмосфере и их влияние на климат Земли

Парниковые газы — это газы с высокой прозрачностью в видимой части теплового инфракрасного диапазона. Концентрации углекислого газа, метана, озона и закиси азота являются наиболее важными парниковыми газами на Земле. Увеличивать…

Демаркация ртути – методы и алгоритм действий

Демеркуризация – это процесс утилизации ртути и ее соединений. Такая очистка необходима при повреждении любых ртутьсодержащих приборов, в том числе медицинского оборудования, например термометра. Содержание Что такое…

Раздельный сбор мусора и основные принципы сортировки мусора

Сортировка мусора стала обязательной частью жизни современного гражданина, заботящегося о состоянии окружающей среды. Раздельный сбор мусора помогает облегчить работу мусорщиков, разделить переработанные и пищевые отходы, а также…

Каков вред и опасность для человека?

В воде ионы тяжелых металлов обладают большей биологической активностью, а значит, им легче проникать в организм и воздействовать на него:

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

Ионы тяжелых металлов в кумулятивном эффекте провоцируют рак, подавляют выработку гормонов и даже повреждают структуру ДНК.