27.02.2015

Загрязнение воды мышьяком

Поступило сообщение, что ученые использовали геологические данные, чтобы предсказать, какие регионы могут с наибольшей вероятностью оказаться в зоне загрязнения. Исследование опубликовано в журнале Science. Присутствие мышьяка в земной коре естественно, но, если он проникает в грунтовые воды, его длительное воздействие может вызвать серьезную угрозу для здоровья людей. В число негативных эффектов входят дерматологические проблемы и раковые заболевания кожи, легких, мочевого пузыря и почек. До сих пор оценить степень загрязнения мышьяком в больших странах было сложно. Считается, что в Китае более 10 млн питьевых скважин, и каждую из них нужно проверить на токсичные соединения мышьяка. Это процесс может затянуться на десятилетия. Вместо этого ученые исследовали геологические карты страны, объясняет одна из авторов исследования, Аннет Джонсон из Швейцарского института по наукам и технологиям в гидросфере. "В последние несколько лет появился большой объем геопространственной информации - массово доступных электронных карт. У вас есть такая информация, как данные о климате, использовании земель, расстояние до реки или высота над уровнем моря", - говорит Джонсон. Используя эту информацию и изучив также, какие горные породы есть в стране и, в особенности, каков их возраст, ученые смогли определить регионы, где наиболее высока вероятность обнаружения токсичной воды. Новые очаги заражения Согласно их выводам, 19,6 млн человек в Китае находятся в зоне риска из-за высоких уровней содержания мышьяка в питьевой воде, в том числе в населенных пунктах, которые раньше считались безопасными. В числе таких районов - долина реки Хух- Хото в автономном регионе Внутренняя Монголия, а также территории в центре провинции Сычуань и на восточном побережье Китая. "Что действительно важно сделать - это поехать в районы, которые являются "горячими точками" и проверить в первую очередь их. Есть шанс, что вы найдете больше загрязненных скважин, чем тех, которые не загрязнены", - сказала Джонсон в интервью Всемирной службе Би-би-си. "В других районах тоже нужно делать проверку на содержание мышьяка, но это, возможно, не первоочередная задача", - отметила исследовательница, добавив, что скважины, вода в которых загрязнена, можно очистить или прекратить использовать. Исследователи считают, что новый метод исследования может быть использован в других странах. Заражение грунтовых вод мышьяком было обнаружено в Центральной Европе, Южной Америке, а также некоторых частях США и Азии. Так, в Бангладеш Всемирная организация здравоохранения называет ситуацию с мышьяком в питьевой воде чрезвыйной. Считается, что от 35 до 77 млн человек в Бангладеш находятся в зоне риска употребления зараженной воды. Мышьяк входит в состав более 200 минералов, в которых его содержание составляет в основном от 0,2 до 2,5 мг/кг, в некоторых случаях (глинистые осадки, фосфориты) и больше. Этот элемент переходит в природные воды в результате реакций выветривания, биологических, геохимических и вулканических процессов, а также антропогенной деятельности. Вследствие эрозии почвы и выщелачивания в растворенном и суспендированом виде ежегодно в мировой океан попадает 61200 и 238000 т мышьяка соответственно. Большинство проблем с загрязнением мышьяком связано именно с его транспортом в естественных условиях. Свой вклад, однако, вносят горные разработки, сжигание ископаемых видов топлива, использование пестицидов, гербицидов, осушителей при хранении зерновых, кормовых добавок, красителей.
Мышьяк присутствует в подземных водах в трехвалентном (арсениты) и пятивалентном (арсенаты) состояниях. При этом арсениты в 60 раз токсичнее арсенатов, а неорганические соединения мышьяка в 100 раз токсичнее органических. Химическая форма соединений мышьяка определяется рН и окислительно-восстановительными условиями. Арсениты преобладают в восстановительной аноксидной среде, арсенаты - в окислительной среде. Арсениты термодинамически менее активны, в связи с чем для их удаления из водной среды осуществляют предварительное окисление до арсенатов озоном, хлором, пероксидом водорода.
Долговременное потребление воды с повышенным содержанием мышьяка может привести к раку кожи, легких, мочевого пузыря, почек. Развиваются также пигментационные изменения, гиперкератоз, неврологические нарушения, мышечная слабость, потеря аппетита и тошнота. Острые отравления вызывают рвоту, боли в животе и в области пищевода, кровавый понос.
В природных водах мышьяк присутствует повсеместно. Проблемы, связанные с загрязнением воды мышьяком, признаны существенными в 21 стране мира, среди которых США, Канада, Мексика, Чили, Аргентина, КНР, Индия, Бангладеш, Япония, Тайвань, Новая Зеландия, Польша, Венгрия. К странам с наибольшим населением, находящимся в зоне соответствующего риска, относятся Бангладеш и Индия (в первую очередь штат Западная Бенгалия). По разным оценкам в Бангладеш от 35 до 77 млн человек пользуются колодцами с водой, загрязненной мышьяком (население страны 125 млн человек). В подземных водах страны до 60% мышьяка присутствует в форме арсенитов.
В США около 13 млн человек в западных, северо-восточных и цетральных штатах подвержены риску употребления питьевой воды, содержащей свыше 0,01, а в некоторых случаях свыше 0,05 мг/л мышьяка. В 2001 г. ПДК по мышьяку в США было снижено с 0,05 до теперешнего показателя 0,01 мг/л.
ВОЗ установила ПДК по мышьяку в питьевой воде 0,01 мг/л. На таком же уровне этот показатель установлен в США, Индии, Вьетнаме, Новой Зеландии, Тайване, в то же время в Аргентине, Бангладеш, КНР, Чили, Мексике, Непале ПДК составляет 0,05 мг/л.
Наиболее распространенными методами очистки питьевой воды от мышьяка являются окисление с последующим осаждением, коагуляция, ионный обмен, адсорбция, нанофильтрация, обратный осмос, электродиализ, пенная флотация, жидкостная экстракция, биоремедиация. Более эффективно мышьяк удаляется из водной среды с высокими концентрациями (более 100 мг/л), при этом во многих случаях существуют проблемы достижения остаточного содержания менее 0,05 мг/л. Особенно большие проблемы с очисткой питьевой воды от мышьяка существуют в сельских районах Бангладеш и Индии, где отсутствуют квалифицированные специалисты и на очень низком уровне находится санитарная грамотность населения. Мышьяк - своего рода обременение человеческой цивилизации, чем активнее хозяйственная деятельность, тем больше выбросов. Но ситуацию придется разворачивать до обратной, безальтернативно нужно вводить мышьяк в хозяйственный оборот, превращая в инерстные соединения, не опасные для биосферы.

Цитировано по: 

Mandal B.K., Suzuki K.T. Arsenic round the world: a review // Talanta. 2002. 58. 201–235.

Jain C.K., Ali I. Arsenic: occurrence, toxicity and speciation techniques // Water Research. 2000. 34. 4304–4312.

Ng J.C., Wang J., Shraim A. A global health problem caused by arsenic from natural sources // Chemosphere. 2003. 52 (9). 1353–1359.

Ng K.-S., Ujang Z., Le-Clech P. Arsenic removal technologies for drinking water treatment // Review of Environmental Science and Biotechnolology. 2004. 3 (1). 43–53.

Mohan D., Pittmann C. U. Arsenic removal from water/wastewater using adsorbents. A critical review // Journal of Hazardous Materials. 2007. 142. 1-53.