Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Наглядно продемонстрировать все многообразие “кирпичиков”, которые формируют мироздание, способна периодическая система Менделеева. Каждый входящий в нее элемент важен для поддержания гармоничного баланса общей конструкции мира независимо от степени его распространенности в природе.

Присутствие этих элементов, включая тяжелые металлы, в пище, воздухе, воде и других природных или созданных искусственно материалов имеет важное значение для всего живого на Земле. Они в строго определенных количествах требуются для нормального функционирования организма каждого человека за счет того, что:

  • входят в состав гормонов, ферментов и других веществ;

  • задействованы в микробиологических процессах;

  • участвуют в химических реакциях;

Однако при превышении предельно допустимых концентраций (ПДК) полезные микроэлементы становятся токсичными. В этом случае они причисляются к группе ксенобиотиков, опасных для здоровья, которые нарушают нормальное течение естественных биологических процессов. Выявить их позволяет анализ жидкости.

Что представляют собой тяжелые металлы?

Капли ртути
Тяжелыми металлами в воде считаются примеси, высокое содержание которых вредит окружающей среде и здоровью.Формально это металлы с плотностью выше, чем у железа.

Речь идет о токсичных и весьма опасных веществах, которые способны не только ухудшить состояние человека, но и спровоцировать его гибель.

Атомный вес тяжелых металлов – более 50 единиц. Их плотность превышает 8 г/см3.

В эту категорию входит около 40 элементов. Из них только ¼ часть требует особого контроля с учетом:

  • масштабов распространения;
  • способности легко накапливаться во внешней среде и тяжело из нее выводиться.

  • стойкости;
  • токсичности даже в малых дозах;

Понятие “тяжелые металлы” получило распространение больше не как химический, а медицинский или природоохранный термин.

Источником этих опасных веществ нередко становится вода, которая не прошла надлежащую очистку, либо была взята из родников, находящихся в местах загрязнения. Нередко опасной является и жидкость из водопровода в обычных жилых домах. Поэтому ее анализ имеет важное значение.

Какие металлы относятся к тяжелым?

Система Менделеева
Одним из критериев, по которым конкретный элемент относится к данной группе, выступает относительная атомная масса более 50 единиц.Согласно ему в перечень тяжелых входят все металлы, начиная с ванадия.

К пороговым показателям относится также плотность, которая должна быть равна удельному весу железа, либо превышать его.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Все тяжелые металлы классифицируются по степени опасности. Описание всех групп я привел далее в статье.

Первый класс опасности

Сюда входят наиболее опасные и токсичные металлы. Среди них:

Этот жидкий металл - самый ядовитый из всех тяжелых металлов. Его концентрация в воде более 0,0005 мг на литр жидкости уже считается токсичной. При попадании ртути в организм происходит постепенное разрушение всех органов и систем. Она может проникнуть даже в мозг.
Наиболее распространенный в окружающей среде металл способен отравить весь организм человека. Источником его попадания в воду выступают природные минералы, содержащие данный элемент. Кроме этого он выделяется при добыче и обработке металлов и сплавов, а также содержится в бытовых отходах и выхлопах автомобилей.
Без примесей он не токсичен. Опасными являются любые его соединения в концентрации более 0,001 мг/л. Как правило, кадмий накапливается в печени и почках.

Второй класс опасности

Включает металлы среднего класса опасности:

Присутствует в воде в виде растворимых соединений (хлориды и сульфаты). Ядовитой считается концентрация более 5 мг/л.
Широко распространен в природной среде.
Влияет на структуру ДНК человека. Опасен в концентрации свыше 0,1 мг/л.
Вред несут некоторые ее соединения в концентрации, превышающей 1 мг/л. Большие дозы меди нарушают работу головного мозга, способствуя возникновению психоорганических болезней.

Третий класс опасности

В него входят малотоксичные металлы:

В нормальных количествах обеспечивает поддержание гемоглобина и кислородного обмена. Но при переизбытке наблюдается рвота, боли в желудке и кишечнике, поражение печени и мозга.
Токсические дозы провоцируют аллергию типа экземы и астмы. Также они могут стать причиной анемии и лейкопении.
Высокие концентрации приводят к нарушению метаболизма кальция, что, в свою очередь, вызывает деминерализацию костей и повышает риск остеопороза.

Как и почему тяжелые металлы попадают в водозаборы?

Вода в водозаборе
Ксенобиотики присутствуют везде. Люди могут встретить их в:

  • пище;
  • воздухе;
  • почве;
  • косметических средствах и т.д.

Однако именно вода содержит наиболее полный список веществ, несущих потенциальную угрозу человеку. Это связано с тем, что она выступает в роли универсального растворителя. Кроме того, идеальных ее источников без примесей в природе нет.

Вода – наиболее вероятный путь поступления в организм критических доз токсичных элементов во время:

  • питья;

  • гигиенических процедур;

  • приготовления пищи.

Существуют два пути попадания тяжелых металлов в воду:

  1. Естественным образом при растворении пластовыми водами минералов, которые входят в состав горных пород. К естественному пути попадания тяжелых металлов в воду относится и перенос дождевыми или талыми потоками частиц почвы, подверженной эрозии. Некоторые вредные примеси попадают в подземные и поверхностные источники со снегом или дождем из запыленного воздуха. Сюда входят еще и кислотные дожди и другие осадки, которые провоцируют снижение водородного показателя, а также извержения вулканов.
  2. Антропогенным образом, то есть в результате деятельности человека. Его значение значительно возросло ввиду увеличения горнодобычи, интенсивности сельскохозяйственной деятельности и промышленного производства. Среди основных антропогенных загрязнителей:

2.1. добыча нефтепродуктов и их переработка;

2.2. горнодобывающие предприятия;

2.3. металлургические комбинаты;

2.4. тепловые электростанции;

2.5. полигоны для захоронения промышленных и бытовых отходов.

Недостаточная очистка сточных вод и смывы с сельскохозяйственных угодий обуславливают проблематичность использования поверхностных водоемов. Однако нарушение натуральных водоупорных горизонтов ведет к тому, что загрязнения могут достичь и водозаборных скважин. Это обуславливает важность анализа воды.

Какой вред несут тяжелые металлы?

Молекулы тяжелого металла
Все химические элементы нужны человеку.В малых дозах они способствуют его нормальному росту и функционированию.

Но избыток металлов, которые относятся к тяжелым, провоцирует развитие ряда болезней и расстройства нервной системы. Кроме этого, их высокие концентрации несут опасность окружающей среде.

Человеку

Главная опасность ксенобиотиков состоит в том, что их тяжело вывести из организма. Они накапливаются в:

  • тканях;

  • органах.

Со временем это приводит к серьезным расстройствам некоторых функций или всего организма в целом. Негативному влиянию токсичных веществ подвержена на только физиология, но и психоэмоциональное состояние.

В таблице приведено описание вредоносного воздействия высоких концентраций тяжелых металлов на организм человека.

Металл Влияние на организм
Ртуть Общая интоксикация, которая проявляется в потере слуха и памяти, нарушении координации движений. Воздействие паров ртути приводит к ее концентрации в мозге. Накапливание ее в почках дестабилизирует их работу.
Свинец Нарушение функционирования нервной системы, которое выражается в снижении внимания, головных болях и головокружении. В случае с детьми вызывает задержку умственного развития. Отрицательно сказывается на ЖКТ и сердечно-сосудистой системе.
Медь Развитие язвенной болезни и гастрита, нарушение функции печени, почек и ЦНС, снижение иммунитета.
Кадмий Появление патологий костной системы, которые протекают на фоне ломкости, хрупкости и деформации костей. Являющийся канцерогеном кадмий становится причиной рака легких и прямой кишки.
Кобальт Провокация заболеваний щитовидной железы и сердечной недостаточности, а также бронхиальной астмы.
Никель Возникновение аллергических реакций, повышенная возбудимость нервной системы.
Цинк Ослабление иммунитета, а также увеличение риска бесплодия и раковых опухолей.

Вероятность вредоносного воздействия токсичных веществ напрямую зависит от продолжительности контакта с водой, загрязненной ксенобиотиками. Ионы тяжелых металлов, находящиеся в жидкостях, обладают большей биологической активностью, и поэтому им легче внедряться в организм. В совокупном воздействии они:

  • вызывают рак;

  • повреждают структуру ДНК;

  • блокируют выработку гормонов.

Экологии

Тяжелые металлы на всех уровнях загрязняют окружающую среду. Их большие количества вредны для:

  • почвы;

  • воздуха;

  • воды.

В том случае, когда эти вещества привносятся извне (в результате человеческой деятельности), сначала они попадают в воздух или в воду, откуда поступают в почву.

При естественном загрязнении дела обстоят иначе – источником тяжелых металлов для воды преимущественно выступает земля, в которой они содержатся в составе минералов. Исключением являются кислотные осадки, которые одновременно загрязняют и воду, и почву.

Мнение эксперта
Татьяна Любимова
Заведующая кафедрой нефтяной геологии, гидрогеологии и геотехники КубГУ. Доцент, кандидат геолого-минералогических наук. Татьяна Владимировна закончила Саратовский госуниверситет им. Н.Г. Чернышевского, получив диплом инженера-геолога-гидрогеолога. Прошла переподготовку по специальности «Педагогическая деятельность специалиста в сфере высшего, среднего и начального профессионального образования».
Наличие больших количеств тяжелых металлов в природе приводит к тому, что на всех уровнях страдает животный и растительный мир. Из-за их губительного воздействия живые организмы перестают нормально функционировать, а растения замедляют свой рост.

Польза тяжелых металлов

Вода с оптимальным содержанием тяжелых металлов
В микродозах тяжелые металлы не несут вреда.Наоборот, они достаточно полезны, так как обеспечивают нормальную работу организма.

Далее я предоставил таблицу, описывающую пользу, которую несут тяжелые металлы в умеренном количестве.

Металл Польза для организма
Ртуть Регуляция биохимических процессов, протекающих в организме.
Кобальт Участие в синтезе витамина B12, гормонов щитовидной железы, РНК и ДНК.
Свинец Восстановление тканей и контроль уровня гемоглобина в крови. Участие в обмене кальция.
Мышьяк Стимуляция обмена кальция и фосфора. Польза для ЖКТ.
Кадмий Нормализация углеводного обмена и активация ферментов.
Цинк Стабилизация процесса образования белков и ДНК. Заживление ран и укрепление иммунитета.

Допустимое содержание тяжелых металлов в питьевой воде

Вода, в которой содержание тяжелых металлов не превышает допустимых значений
В природе нет абсолютно чистой воды.Она всегда имеет какие-то остатки минералов, микроэлементов и металлов.

Специалисты разработали предельно допустимые концентрации (ПДК) тяжелых металлов в воде, которая предназначена для хозяйственного и бытового использования (в мг/л):

  • барий – 0,1;
  • бериллий – 0,0002;
  • ванадий – 0,1;

  • ртуть – 0,0005;
  • висмут – 0,1;
  • кадмий – 0,001;

  • кобальт – 0,1;
  • молибден – 0,25;
  • медь – 1,0;

  • мышьяк – 0,05;
  • никель – 0,1;
  • свинец – 0,03;

  • стронций – 7,0;
  • хром – 0,5;
  • цинк – 5,0.

В том случае, когда имеет место централизованное водообеспечение, контролировать содержание тяжелых металлов в воде необязательно. Исключение составляют регионы с превышением ПДК по некоторым из них.

Если же речь идет об автономном водоснабжении из подземных или поверхностных источников, требуется обязательный расширенный химанализ.

Как провести анализ, чтобы проверить воду на наличие примесей?

Анализ воды на тяжелые металлы
Высокое содержание некоторых тяжелых металлов в воде можно определить самостоятельно дома.Это возможно по цвету или запаху жидкости.

Но большую часть ксенобиотиков невозможно выявить по цвету, запаху или вкусу воды. К примеру, один из опаснейших металлов ртуть является прозрачной и ничем не пахнет. Наличие любых особенностей водопроводной воды дает основание только для предположений, а не точных выводов. Получить последние поможет только лабораторный анализ.

Домашняя проверка

В некоторых случаях обнаружить высокую концентрацию примесей в воде можно без визита в лабораторию. При этом стоит помнить, что:

  1. Большое количество марганца приводит к тому, что на сантехнике появляется буро-черный налет. Сама же вода становится желтоватой по цвету и вяжущей на вкус.
  2. Свинец делает воду сладковатой.
  3. Присутствие в жидкости железа в больших дозах делает ее вкус металлическим. В этом же случае вода становится мутной, а на сантехнике появляется рыжий налет.

Тест-полоски на содержание тяжелых металлов – отличный вариант для домашнего анализа. С их помощью можно получить общее представление о степени загрязненности воды.

Лабораторный анализ

Нередко пробы с аномально высоким содержанием вредных примесей выглядят кристальными. Достоверные сведения о составе воды позволяют получить лабораторные исследования. Они проводятся тремя способами:

Этот анализ представляет собой избирательное поглощение электромагнитного излучения.
Анализ предполагает исследование интенсивности излучения, образующегося во время выделения молекулами тяжелых металлов избыточной энергии.
В ходе анализа изучают спектры испускания свободных ионов и атомов.

Лабораторная проверка воды на наличие ксенобиотиков уместна в любом случае. Однако она особенно рекомендуется в следующих ситуациях:

  1. Обеспечение дома водой, взятой из подземных источников (требуется полная проверка качества жидкости).
  2. Переезд, когда нужно проверить качество воды на новом месте.
  3. Заметное изменение качества воды. Например, когда появился нехарактерный привкус, запах или цвет.
  4. Подбор очищающего фильтра для водопроводной воды или воды из скважины.
  5. Проживание в регионах с высоким риском загрязнения воды (к примеру, вблизи промышленных предприятий).

Результаты анализа воды можно получить в течение недели (все зависит от типа исследования). Это может быть электронный отчет или другая удобная для клиента лаборатории форма.

Отбор проб воды для анализа

Эта процедура производится по определенной схеме. Ее этапы приведены ниже:

  1. Воду сливают сильным напором на протяжении 5-10 минут.
  2. Тару промывают несколько раз, не используя моющее средство.
  3. Настраивают напор тонкой струей.
  4. Отбирают 1,5-2 литра жидкости в чистую пластиковую тару, предназначенную для питьевой воды.
  5. Наполняют тару до краев и закрывают ее крышкой.

Точность результатов анализа напрямую зависит от того, насколько правильно была взята проба. Поэтому необходимо учесть некоторые нюансы:

  • Воду нужно прокачать в течение не менее 30 минут, если она берется из скважины. Нельзя брать на пробу материал из аккумулятора, ведь это приведет к искажению результатов.

  • Проверяя воду из колодца, нужно извлечь ее в объеме 5-10 ведер. Всю жидкость сливают в одну большую тару, откуда и производится забор пробы.

  • Емкость с пробами воды нужно отвезти в лабораторию в течение не более пары часов. При этом необходимо следить, чтобы жидкость не нагревалась или охлаждалась.

Как очистить воду от тяжелых металлов?

Капли чистой воды
С этой целью современные водоочистные сооружения прибегают к нескольким способам.Выбор в пользу конкретного метода зависит от:

  • степени загрязнения;

  • доли тех или иных элементов в жидкости.

В список этих методов входит:

Вода, очищенная ионным методом
Подразумевает обмен между ионами раствора и ионами, находящимися на поверхности ионита - твердой фазы. Преимущество заключается в полной очистке воды от цинка, меди, хрома, ртути, никеля, свинца, кадмия и цианидов. Но у способа есть и недостаток - вторичное загрязнение жидкости после очистки.
Нанофильтрация
Методика представляет собой прогонку воды вдоль и через микрофильтры, изготовленные из керамики, полиамида и целлюлозы. Такой подход предусмотрен для умеренных загрязнений, либо в качестве заключительного этапа очистки.
Реагентный метод
Его можно описать как химическое превращение высокочастотных растворов в нетоксичные соединения. Это превращение осуществляется путем добавления концентратов в воду, которые формируются на основании результатов, полученных при анализе первичных проб воды. Минус метода в том, что она часто требует доочистки.
Аэрация воды
По сути это окисление кислородом воздуха. Подход разработан для удаления из жидкости марганца и железа.
Обратноосмотическая установка
Речь идет о системах, фильтрующих из воды любые примеси, размер частиц которых превышает величину мембранной ячейки. Метод отличается универсальностью и более высокой стоимостью.

Заключение

Вода в пробирках для анализа на тяжелые металлы
Абсолютно чистой воды не бывает.В ней всегда присутствуют примеси.

Последние безопасны для человека и его здоровья в том случае, когда их содержание не превышает ПДК. Однако они способны нанести существенный вред, если имеет место превышение допустимых концентраций.

Кардинально решить проблему присутствия в воде ксенобиотиков можно только путем улучшения экологической обстановки. Даже самые прогрессивные методы анализа и очистки не помогают полностью удалить вредные примеси. Но их использование дает возможность снизить их содержание до допустимых значений.

Интересное видео по теме:

Вопрос-ответ

Что такое биогенные элементы?

Под этим определением понимаются исключения в списке тяжелых металлов, которые нужны каждому живому организму.

Есть ли недостатки у методов классификации тяжелых металлов?

Да, некоторые из них исключают из рассматриваемой категории очевидные элементы (марганец, олово) и предлагают весьма сомнительные (висмут, мышьяк).

Какой аспект определения используют в водоочистке, призванной минимизировать воздействие вредных примесей?

Это скорее не строго физический или химический, а токсикологический, медицинский или природоохранный аспект.

Какие еще металлы входят в список тяжелых?

К ним относят молибден, сурьму, хром и т.д.

Каким документом регламентируются предельные величины наличия в воде опасных примесей?

Их значения четко прописаны в действующем СанПиН 2.1.4.1074-01.

Что может послужить тарой при заборе проб воды для анализа?

Это может быть пластиковая бутылка объемом 1,5 литра. Выберите новую емкость, либо используйте бутылку из-под питьевой воды без добавок.