Микроэлементы барий, литий, бор в питьевой воде. Пути их поступления и потенциальная опасность для здоровья. Очистка воды от бария Барий в питьевой воде

Барий - химический элемент, относится ко второй группе ПСЭ Д.Менделеева, щелочноземельный металл. Соединения бария широко используются в нефтяной, электронной, бумажной промышленности. Представляет собой серебристо-белый металл плотностью 3,78 г/ куб. см. В природе барий в чистом виде не встречается, содержание элемента в земной коре не превышает 0,065%. Наиболее встречающимися соединениями являются сульфат бария и бария карбонат.

В воду барий попадает из природных источников, лишь малую долю можно отнести к деятельности человека. Большая концентрация металла обнаруживается в районах, где залегают следующие минералы: витерит, барит. Содержание бария в воде может составлять от 1 до 20 мг/л, тогда как допустимая концентрация вещества в питьевой воде согласно нормам Всемирной Организации Здравоохранения не должна превышать 0,7 мг/л, в России данный показатель находится на отметке 0,1 мг/л. По этой причине вопрос об очистке воды от бария рассматривается на высоком уровне. Проблемой водоочистки от бария занимаются специалисты НИИ и лабораторий Федерального агентства и Министерства Сельского Хозяйства.

Содержание бария в воде также зависит от свойств жидкости, а именно от наличия в ней сульфатов. Говоря научным языком, сульфат бария имеет низкий показатель растворимости, поэтому при большой концентрации вещества при нагревании воды до 18 градусов барий выпадает в осадок. Несмотря на достаточно легкий способ удаления бария из воды и присутствие его в природе, влияние металла на организм человека высоко. Употребление воды с большим содержанием данного вещества может привести к повышению кровяного давления, проявлению мышечной слабости, болям в брюшной полости. Поэтому так важна очистка воды от этого элемента.

Гидроксид бария оказывает негативное влияние на воздушно-дыхательные пути, прижигающее действие на роговицу глаз и кожу. Хлорид бария увеличивает проницаемость сосудов, что может привести к кровоизлиянию и оттекам, вызвать анемию, лимфоцитоз, лейкопению. Фторид бария может вызвать нервное раздражение, оказать влияние на мускулатуру. Всем выше перечисленным воздействиям подвержены люди, употребляющие воду с большой концентрацией металла, поэтому очистка воды от бария - один из важных этапов производства получения чистой питьевой воды.

В настоящее время существует несколько технологий очистки воды от бария: обратный осмос , ионный обмен, электродиализ. Выпускаемые современные фильтры используют технологию обратного осмоса, тогда как в промышленных масштабах очистку воды от бария проводят методом электродиализа и ионным обменом. Сегодня также существует нанотехнология, которая была разработана специалистами ВоГТУ (Вологодский Гуманитарно-технологический Университет), она позволяет произвести очистку воды от ионов бария методом очистки подземных вод от железа.

Технология такой водоподготовки чем-то напоминает метод нагревания воды до 18 градусов при высокой концентрации сульфатов в воде, образование осадка. Исследования, проведенные специалистами Университета, показывают, что процесс абсорбции, иными словами процесс поглощения сорбата объемом сорбента, может использоваться при очистке воды от бария .

Говоря о поступлении бария в организм, следует выделить, что большая часть его попадает с пищей. Наибольшую опасность несут морепродукты и морские обитатели, проживающие недалеко от мест скопления большого количества соединений бария. Со временем морские обитатели (рыба, кальмары, устрицы) накапливают в организме некоторое количество металла, однако содержание вещества может увеличиваться, это напрямую зависит от особенностей строения организма и места постоянно обитания. Некоторые морские растения могут увеличивать концентрацию бария в организме в 1000 раз. Употребление таких продуктов опасно для здоровья. Среди самых опасных продуктов, содержащие барий в пределах 2-20 мг/литр, являются помидоры и соевые бобы. Поэтому полив и продажа выше представленных продуктов должна осуществляться под бдительным контролем проверяющих органов (Санитарно эпидемиологическая служба, лаборатории сертификации и стандартизации).

Барий, один из элементов периодической таблицы Менделеева, открыл в 1774 г. широко известный химик и фармацевт, Карл Шееле из Швеции. Барий - щелочноземельный металл, имеет серебристо-белый цвет, мягкий, немного вязкий. Встретить его в природе в чистом виде невозможно, выделяют его, если это необходимо, из соединений - силикатов, карбонатов, сульфатов; а также минералов, чаще тяжёлого шпата (барита). Также барий содержится в воде, в живых организмах - тканях животных, некоторых растениях.

Барий в организме человека

А что для нас означает барий, какую роль он играет в организме человека? По утверждению биологов, он недостаточно изучен, его даже условно не считают жизненно важным элементом. Тем не менее, барий изучается, а о его роли, вероятно, вскоре будет известно больше. Пока же учёные отнесли его к группе токсичных ультрамикроэлементов.

В случае заболеваний органов пищеварения, некоторых заболеваниях сердечно-сосудистой системы уменьшается содержание бария в организме. Доказано, что даже ничтожно малые количества бария оказывают заметное влияние на гладкую мускулатуру - ведь в случае отравления барием отмечается сильная мышечная слабость, появляются мышечные спазмы.

И хоть роль бария до конца не изучена, суточная доза его, необходимая человеку, определена: 0, 3 - 0, 9 мг. К тому же расслабляющее действие бария отнюдь не всегда вредное: учёные доказали, что барий работает одновременно с ацетилхолином, являющимся основным нейромедиатором, он способствует расслаблению мышцы сердца.

Барий в продуктах

Барий поступает в организм человека с водой, пищей. Некоторые морепродукты содержат его в десятки раз (морские растения - в сотни) больше, чем морская вода. Содержание бария в растениях - соевых бобах, томатах может быть в несколько десятков раз больше, чем содержание в почвах, на которых они растут; иногда случается, что много бария бывает в питьевой воде, однако не часто; а в воздухе - совсем немного.

Избыток бария

Организм человека, масса тела которого около 70 кг, содержит бария около 20-22 мг. Растворимые соли бария в кишечнике всасываются в небольшом количестве; в органах дыхания его может быть больше в 6-8 раз. Барий имеется не только в тканях мышц и крови - в костях, зубах его содержание больше, чем в других тканях организма - почти 90%. Барий в организме хорошо взаимодействует с кальцием - он способен его замещать в костях, поскольку обладает близкими к нему биохимическим свойствами. Но в случае постоянного избыточного поступления бария - к примеру, если его много содержится в почвах, - происходит нарушение кальциевого обмена, что может привести к развитию тяжёлого заболевания - уровской болезни, которая характеризуется замедлением процессов окостенения, быстрым износом опорно-двигательного аппарата.

В человеческом организме барий имеется в головном мозге, мышцах, селезёнке, хрусталике глаза.

Установлено, что доза 200 мг считается вредной для человека; относительно смертельной дозы мнения расходятся - она колеблется в диапазоне 0, 8 - 3, 7 г, есть вероятность, что первая цифра более точная.

Барий не считают элементом, способным вызывать рак или мутации, однако его соединения токсичны для человека, за исключением вещества, использующегося в медицине при проведении рентгеновского исследования - сульфат бария.

Повышенное содержание бария в организме отрицательно влияет на нейроны, клетки крови, ткани сердца, других органов.

Как в организме оказывается лишний барий? По мнению биологов, это так называемое «избыточное поступление» - хотя не уточняют, как оно происходит, Существует предположение, что это могут быть производственные и бытовые отравления.

Фторид бария, использующийся в процессе обработки древесины, производстве инсектицидов - следовательно, он применяется в сельском хозяйстве, но на человека и животных он может оказывать вредное влияние, поэтому требуется его тщательное изучение.

Как подтвердили проведенные исследования, жители сельской местности чаще страдают от лейкоза в местах, где используются для обработки от вредителей соединения бария; некоторые виды отделочных материалов - к примеру, штукатурка, способны вызывать у строителей, работающих с ними, заболевания.

Водорастворимые соли бария также принято считать опасными для человека - карбонаты, сульфиды, хлориды, нитраты; а вот сульфаты бария и фосфаты практически безопасны.

При отравлении солями бария, симптомы ярко выраженные: чувство жжения во рту, области пищевода, обильное слюноотделение, тошнота, рвота, диспепсия, колики в кишечнике. Признаки поражения нервной системы: расстройства деятельности мозга, нарушенная координация движений, появление шума в ушах, головокружение; признаки поражения сердечно - сосудистой системы: брадикардия, слабый пульс экстрасистолия; обильное потоотделение - холодный пот, бледные кожные покровы.

Хроническое отравление может возникнуть у работающих на вредных производствах, оно не имеет такого резкого проявления. При вдыхании пыли с содержанием соединений бария, со временем у рабочих развивается пневмокониоз - поражение лёгких с образованием в них фиброзного процесса. В соединительной ткани возникают рубцы и утолщения, развивается прогрессирующая одышка, проявляющаяся , сухим кашлем. Постепенно присоединяются признаки лёгочной недостаточности, происходят изменения в дыхательных путях и другие осложнения: бронхиты, пневмонии, туберкулёз.

БИБЛИОТЕКА ФАКУЛЬТЕТА ЭКОЛОГИИ
Тяжелые металлы в питьевой воде.
Проблемы загрязенения воды тяжелыми металлами.

Алюминий (Al)

Попадает в воду в процессе водоподготовки, при технологических нарушениях, с промышленными стоками. Вызывает нарушение ЦНС. Имеются сведения о нейротоксичности алюминия, его способности накапливаться при определенных условиях в нервной ткани, печени и жизненно важных областях головного мозга.

Барий (Ba)

В природе встречается только в виде соединений. Наиболее распространенными бариевыми рудами являются барит (сульфат бария) и витерит (карбонат бария). Частично барий попадает в окружающую среду в результате деятельности человека, однако для воды основной путь загрязнения барием - естественный, из природных источников. Как правило, содержание бария в подземных водах невелико.

При длительном употреблении воды, содержащий барий, возможно повышение кровяного давления. Даже разовое употребление воды, содержание бария в которой значительно превосходит ПДК, может привести к мышечной слабости и болям в брюшной области.

Бор (B)

Попадает в воду из бороносных осадочных пород и пород, сложенных известково-магнезиально-железистыми силикатами, алюмосиликатами соленосных отложений, а также из вулканических пород и глин, содержащих бор, сорбированный из морской воды, со стоками стекольного, металлургического, машиностроительного, текстильного, керамического, кожевенного производств и коммунальных сточных вод, содержащих моющие вещества, при внесении в почву борсодержащих удобрений и в местах разработки борсодержащих руд.

Бор накапливается в растениях, особенно в овощах и фруктах.

При непродолжительном употреблении внутрь бора в повышенных концентрациях возникает раздражение желудочно-кишечного тракта. При длительном - нарушение процессов пищеварения приобретает хронический характер, возникает борная интоксикация, которая может поразить печень, почки, центральную нервную систему.

Mn - Марганец

Поступает в поверхностные воды в результате выщелачивания минералов, содержащих марганец, в процессе разложения водных животных и растительных организмов. Соединения марганца выносятся в водоемы со сточными водами предприятий химической промышленности.

Mn - тяжелый металл, при большом его содержании вода приобретает желтоватый цвет и вяжущий вкус.

При уровнях в системе водоснабжения, превышающих 0,1 мг/л, марганец может вызывать накопление отложений в системе распределения, приводит к появлению пятен на сантехническом оборудовании и белье, а также неприятному привкусу напитков. Даже при концентрации 0,02 мг/л марганец часто образует пленку на трубах, которая отслаивается в виде черного осадка.

Вместе с тем присутствие марганца в питьевой воде необходимо для работы мозга и сердечно-сосудистой системы, однако, избыток его может вызвать заболевание костной и кроветворной систем, оказать токсичное и/или мутагенное действие на человека.

Свинец (Pb)

Присутствие его в сточных водах свидетельствует об их загрязненности, либо о миграции Pb из водопроводных конструкций.

Негативно влияет на центральную и периферическую нервные систем

Цинк (Zn)

Энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах.

Суточная потребность организма в Zn покрывается за счёт употребления в пищу хлебопродуктов, мяса, молока, овощей.

Цинк играет защитную роль в организме при загрязнении среды кадмием.

Дефицит цинка в организме ведёт к карликовости, задержке полового развития. При его избыточном поступлении в организм возможны канцерогенное влияние и токсическое действие на сердце, кровь, почки, может вызвать снижение аппетита, анемию, аллергические заболевания, гиперактивность, дерматит, дефицит массы, снижение остроты зрения, выпадение волос, задержку полового развития у мальчиков.

Барий является щелочноземельным металлом, в чистом виде на Земле отсутствует. Однако его соединения, сульфат бария и бария карбонат, повсеместно используются в различных видах промышленности.

В воду этот металл попадает из подземных источников, значительная концентрация бария в воде может содержаться в местах залегания в грунте минералов барит и витерит.

В России допустимое значение бария не более 0,1 мг/л, в случае значительного превышения организму угрожает:

• Нарушение работы воздушно-дыхательных путей, эффект ожога роговицы глаз и кожи, если в воде чрезмерно много гидроксида бария.
• Кровоизлияние, отеки, анемия как следствие нарушения проницаемости кровеносных сосудов при превышении содержания хлорида бария.
• Раздражение нервной системы, негативное воздействие на мускулатуру при воздействии фторида бария.

Также барий попадает в организм с пищей – морепродуктами, томатами, соевыми бобами. Ряд морских растений способен увеличить концентрацию этого металла в 1000 раз!

Разработка методов очистки воды от бария непрерывно ведется в разнообразных НИИ и лабораториях в России и других странах.

Методы удаления бария из воды

Хорошо известны следующие методы удаления бария из воды:

• Электродиализ
• Ионный обмен
• Очистка подземных вод от железа
• Обратноосмотический метод

В процессе электродиализа на воду воздействует электрический потенциал таким образом, что разноименно заряженные ионы двигаются в противоположных направлениях. Очистка воды от бария происходит благодаря многочисленным мембранам, которые пропускают катионы или анионы, разделяя исходную воду на очищенную и раствор с нежелательными примесями.

Очистка ионным обменом заключается в пропускании исходной воды через ионообменные смолы. Такая загрузка (катиониты и аниониты) состоит из слабосвязанных водородных или гидроксильных ионов, которые заменяются на примеси ионов бария в воде.

Недавно разработанный метод удаления бария путем очистки подземных вод от железа основан на процессе абсорбции – поглощения сорбата объемом сорбента.

Специалисты «Сибирской экологической компании» рекомендуют обратноосмотический метод, где очистка воды происходит с помощью установок обратного осмоса. Исходная вода под давлением подается на полунепроницаемые мембраны специальной конструкции.

К достоинствам этого метода относятся:

• Комплексная очистка воды от железа, солей, запаха, цвета
• При изменении состава исходной воды качество очищенной воды остается неизменно высоким
• Простота обслуживания, надежность и экологическая безопасность (не применяются химические вещества)
• Компактные размеры

Более подробную информацию об очистке воды от бария обратноосмотическим методом . «Сибирская экологическая компания» принимает заказы на всей территории России и Казахстана. Наши специалисты также готовы предоставить консультацию и помочь с выбором оборудования.