logo

Karol Szambelańczyk tel. +48 691 683 350     Łukasz Weber tel. +48 691 737 853     biurotechnologia-wody.pl

boszkowo, warsztaty, szkoelenie

Technologia teoretyczna

Występowanie arsenu w wodach naturalnych

Arsen jest pierwiastkiem, który w małych ilościach jest potrzebny jako składnik pokarmowy ludzi i zwierząt, ale jest również dobrze znaną trucizną o działaniu toksycznym i rakotwórczym. Z tego powodu dąży się do zmniejszenia maksymalnego poziomu zanieczyszczenia tym pierwiastkiem (MCL - Maximum Contaminant Level), który obecnie wynosi 0,010 ppm1,2. Dopuszczalne stężenie w wodach powierzchniowych, w wodzie do picia, glebie, powietrzu, jest porównywalne do dopuszczalnych stężeń powszechnie znanych trucizn, takich jak: rtęci, ołowiu, kadmu, chromu(VI), cyjanków i formaldehydu.

Arsen pod względem rozpowszechnienia w środowisku, zajmuje dwudzieste miejsce wśród pierwiastków występujących w skorupie ziemskiej, czternaste w wodach morskich i dwunaste w ciele człowieka1,3,4. Całkowita zawartość arsenu w skorupie ziemskiej wynosi około 401012 ton, a średnia zawartość, w zależności od miejsca występowania podawana jest w zakresie od 1,5 do 6 mg/kg.

Arsen jest pierwiastkiem bardzo aktywnym i oprócz tego, że występuje w postaci rodzimej, łączy się również z wieloma metalami i wchodzi w skład ponad 200 minerałów. Najważniejszymi z nich są siarczki typu M2+AsS (gdzie M to metal na drugim stopniu utlenienia) oraz arsenki. Najczęstszymi metalami z jakimi łączy się arsen są: miedź, ołów, cynk, kobalt, nikiel, żelazo, złoto i srebro. Jako pierwiastek chalkofilny, często towarzyszy złożom siarkowym innych metali.

Arsen występuje we wszystkich elementach naszego środowiska: wodzie, glebie, atmosferze i biosferze.

W wodzie arsen podlega takim procesom chemicznym i fizycznym jak: redukcja, utlenianie, metylacja i demetylacja, wytrącanie i adsorpcja. Istotnymi czynnikami wpływającymi na szybkość i jakość wyżej wymienionych procesów są: pH, potencjał redox wody, stężenie siarczków, stężenie żelaza, temperatura, zasolenie, zawiesina i zmiany natężenia przepływu (w przypadku rzek) oraz organizmy żywe znajdujące się w wodzie5,6,7.

Stężenie arsenu w wodach rzecznych mieści się w zakresie do 0,1 do 1000 μg/L, jednak typowe stężenie nie przekracza 1 μg/L3,8. Jest to uzależnione od wielu czynników, m.in. od warunków geochemicznych i czynników antropogenicznych. Tam, gdzie koncentracja arsenu jest większa, jest to zazwyczaj związane z zasilaniem rzek przez źródła geotermalne lub wody podziemne zanieczyszczone tym pierwiastkiem, lub też wprowadzaniem do wód ścieków przemysłowych. W wodach rzecznych obserwuje się szybkie zmniejszanie stężenia arsenu wraz z zwiększaniem się odległości od źródła punktowego zanieczyszczenia. Dzieje się tak, ponieważ arsen podlega procesom adsorpcji na osadach dennych i zawiesinach.

Wody w jeziorach, pod kątem zawartości arsenu i jego pochodzenia, są porównywalne do wód rzecznych. Ważnym czynnikiem, który decyduje o zawartości tego pierwiastka jest parowanie (ewaporacja), na skutek której stężenie arsenu w wodzie wzrasta. Na przykład w jeziorze Mono Lake w Kalifornii zanotowano stężenie arsenu wyższe niż 15000 μg/L, przy pH 9,5 - 104,9.

W jeziorach ze stratyfikacją następuje obieg arsenu, którego formy zmieniają się w zależności od strefy, w której się znajdują.

Całkowita zawartość arsenu w wodach morskich według [3, 10] szacowana jest na około 3,7 miliarda ton. Stężenie arsenu waha się w przedziale od 0,5 do 5 μg/L11 ze średnią wartością 1,7 μg/L. Znaczna część arsenu(V) jest przyswajana przez fitoplankton i przekształcany jest w arseniany(III) i pochodne organiczne3,12. Głównie są to pochodne kwasu metyloarsenowego i dimetyloarsenowego, arsenocholiny i arsenobetainy oraz sole tetrametyloarseniowe.

Wody gruntowe charakteryzują się bardzo dużym zakresem występowania w nich związków arsenu. Wynosi on od 0,5 (i mniej) do wartości 5000 μg/L8. Przyczynami występowania arsenu w wodach podziemnych są m.in.: procesy geotermalne, działalność wydobywcza, działalność przemysłowa4.

Arsen w wodach podziemnych występuje głównie w postaci nieorganicznej. Tworzy oksyaniony, które są dobrze rozpuszczalne w wodzie gruntowej, ponieważ posiada ona odpowiednie pH (6,5 - 8,5). Dodatkowo dzieje się tak, zarówno w warunkach utleniających jak i redukujących. Dlatego wody te mogą zawierać bardzo duże ilości tego pierwiastka.

Zawartość arsenu w glebach mieści się w przedziale od 0,1 do 40 mg/kg, najczęściej jednak zawiera się między 5 a 10 ppm. Średnia zawartość tego pierwiastka wynosi 7,2 ppm. Podstawowym czynnikiem, który decyduje o zawartości arsenu w glebie jest rodzaj skał macierzystych, na których powstały gleby3, 13, 14.

Tereny aktywne wulkanicznie charakteryzują się zwiększoną zawartością arsenu. Torfy i gleby bagienne posiadają zazwyczaj stężenie arsenu rzędu 13 ppm. Gleby pokrywające złoża rud siarkowych (8 g As/kg), gleby złóż mineralnych i gleby lasów mangrowych (wiecznie zielone lasy w strefie międzyzwrotnikowej znajdujące się w zasięgu pływów morskich) również zawierają dużą koncentrację arsenu, rzędu 45 ppm15.

Warstwa humusowa gleb posiada wysoką zdolność akumulowania metali ciężkich, tworząc dla nich naturalną barierę, zatem lasy bogate w próchnicę będą wykazywały większe stężenie arsenu niż gleby piaszczyste.

Arsen emitowany jest do atmosfery w wyniku wysokotemperaturowych procesów, takich jak: spalanie węgla, spalanie roślin i procesy wulkaniczne. Naturalna niskotemperaturowa biometylacja i redukcja do arsenowodoru, również jest przyczyną pojawiania się arsenu w powietrzu. Arsen dostaje się do atmosfery głównie jako As2O3, który adsorbowany jest na cząsteczkach pyłu. Cząstki te rozpraszane są przez wiatr i wracają na powierzchnię ziemi w postaci pyłu lub opadów atmosferycznych.

Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO - World Health Organization) całkowite stężenie arsenu na odległych terenach wiejskich mieści się w przedziale od 0,02 do 4 ng/m3. Znacznie większa ilość arsenu została wykryta na terenach miejskich i wynosi ona od 3 do około 200 ng/m3. W pobliżu źródeł przemysłu koncentracja arsenu rośnie do wartości większych niż 1000 ng/m3.

Zawartość arsenu w organizmach żywych zależy od środowiska ich występowania i rodzaju badanych tkanek. Wyższa zawartość arsenu znajduje się w organizmach wodnych. Związki arsenu z podłoża pobierane są bardzo łatwo. Niektóre rośliny łatwo kumulują związki arsenu w liściach i korzeniach. Jest on bowiem nie tylko pobierany przez system korzeniowy, ale również przez liście, na skutek opadania pyłów i opadów atmosferycznych. Rośliny zawierają arsen na poziomie 3 - 1500 μg/L, w zależności od badanego gatunku16. Jego zawartość może sięgać nawet kilku tysięcy ppm. Dzieje się tak w przypadku zanieczyszczenia gleby lub powietrza związkami arsenu. Na przykład małże z rodzajów Tridacna i Hippopus zawierają w niektórych tkankach więcej niż 1000 ppm arsenu17.

  1. Kartinen, E. O.; Martin, Jr.; Martin C. J.: „An overview of arsenic removal processes", Desalination, Volume: 103, Issue: 1 - 2, November, 1995, pp. 79 - 88

  2. U.S. Environmental Proction Agency: Arsenic in drinking water; http://www.epa.gov/safewater/arsenic/index.html

  3. Kociołek-Balaweider, E.; Ociński, D.: „Arsen w technice i środowisku", Wiadomości Chemiczne, rok: 2005, [Z] 59, 3-4, s. 353 - 386

  4. Piech, A.: „Występowanie i usuwanie związków arsenu z wód ujmowanych do celów pitnych", Praca doktorska

  5. Schulman, A. E.: „Arsenic occurrence in public drinking water supplies", Environmental Protection Agency (EPA), EPA-815-R-00-023, Waszyngton, 2000

  6. Fergusom, J. F.; Gavis, J., Water Res., 1972, Vol. 6, pp. 1259

  7. Viraraghavan, T.; Subramanian, K. S.; Aruldoss, J. A., Water Sci. Technol., 1999, Vol. 40, pp. 69

  8. Sedley, P. L.; Kinniburgh, D. G.: "A view of the source, behavior and distribution of arsenic in natural water", Applied Geochemistry, Vol. 17, pp. 517 - 568, 2002

  9. Maest A. S.; Pasilis, S. P.; Miller, L. G.; Nordstrom, D. K.: „Redox geochemistry of arsenic and iron in Mono Lake, California" Proc. 7th Internat. Symp. Water-Rock Interaction, pp. 507 - 511, Balkema, Rotterdam, 1992

  10. Piech, A.: "Metody oznaczania zawartości związków arsenu w wodzie do picia", Materiały konferencyjne, V Międzynarodowa Konferencja Naukowo - Techniczna „Zaopatrzenie w wodę i jakość wód", Poznań - Gdańsk, 26 - 28.06.2002

  11. Tamaki S.; Frankenberger, W. T.: „Environmental biochemistry of arsenic" Contract for the Federal State San Joaqiun Valley Drainage Program, U.S. Bureau of Reclamation concract No. 8-PG-20-11780

  12. Millward, G. E.; Kitts, K. J.; Comer, S. D. W.; Edbdon, L.; Howard, A. G., Estuarine Coastal and Shelf Science, 1996, Vol. 43, 1

  13. DeMarco, M. J.; SenGupta, A. K.; Greenleaf, J. E., Water Res. 2003, Vol. 37, pp. 164

  14. Encyklopedia Techniki Chemia, WNT, Warszawa, 1993

  15. Dojlido, J. R.: „Chemia wód powierzchniowych" Wydawnictwo Ekonomia i Środowisko, 1995

  16. Clifford, D. A.; Ghurye, G. L., w: red. W. T. Frankenberger "Environmental chemistry of arsenic", Marcel Dekker, Nowy Jork, 2002

  17. Bogdanik, T., Red.: "Toksykologia kliniczna", PZWL, Warszawa 1988

 

Przeredagowała: Ewelina Puk

Dodano: poniedziałek 18 czerwca 2007

Losowe zdjęcia

zdjęcie
zdjęcie
zdjęcie
zdjęcie
zdjęcie
zdjęcie
zdjęcie
zdjęcie
zdjęcie
zdjęcie
        Karol Szambelańczyk tel. +48 691 683 350
Łukasz Weber tel. +48 691 737 853

        biurotechnologia-wody.pl

© Copyright 2019 www.technologia-wody.pl All Rights Reserved

Projekt i wykonanie: HEDRYCH.pl