Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERZITET U BIHAĆU
VISOKA ZDRAVSTVENA ŠKOLA
BIHAĆ
UNIVERZITET U BIHAĆU
VISOKA ZDRAVSTVENA ŠKOLA
BIHAĆ
ZAVRŠNI DIPLOMSKI RAD
PRISUTNOST TEŠKIH METALA U VODAMA, MOGUĆNOST
UKLANJANJA I NJIHOV UČINAK NA LJUDSKO ZDRAVLJE
BIHAĆ, JULI 2012.UNIVERZITET U BIHAĆU
VISOKA ZDRAVSTVENA ŠKOLA
BIHAĆ
DIPLOMSKI RAD
PREDMET: ZDRAVSTVENA EKOLOGIJA VODE
TEMA: PRISUTNOST TEŠKIH METALA U VODAMA. MOGUĆNOST
UKLANJANJA I NJIHOV UČINAK NA LJUDSKO ZDRAVLJE
2
BIHAĆ, juli 2012.
SADRŽAJ
SADRŽAJ 3
UVOD 5
1. Porijeklo, sastav i osobine vode 6
2. Zagađena voda 8
2.1. Zagađivači vode 10
2.2. Izvori zagađivanja 10
2.3. Standardi kvaliteta vode 12
2.4. Uticaj urbanizacije na kvalitetu vode i pojavu zagađenja 19
3. Teški metali u vodi 21
3.1. Arsen 22
3.2. Živa 24
3.2.1 Metil-živa 25
3.3. Olovo 26
4. Osnovne metode i procesi pročišćavanja zagađenih voda
4.1. Mehaničko prečišćavanje
4.1.1. Preliminarno prečišćavanje
4.1.2. Primarno prečišćavanje
4.2. Biološko prečišćavanje
4.3. Hemijsko prečišćavanje
4.4. Dezinfekcija vode
4.5. Metode određivanja i uklanjanja arsena iz vode
5. Primjer distribucije vode javnog vodovoda
28
28
28
29
29
30
31
31
35
3
ZAKLJUČAK 39
LITERATURA 41
POPIS SLIKA I TABLICA 42
4
UVOD
Baš kao i danas, voda je i u prošlosti predstavljala osnovni resurs za boravak ljudi na nekom prostoru. Većina nas nije upoznata s činjenicom da većinu našeg organizma čini upravo voda. Svakim danom u svijetu ima sve manje pitke vode.
Stoga su vrlo rijetke one zemlje koji imaju izvore i mogu se pohvaliti tim bogatstvom.
Nažalost, i mi smo postali svjedoci sve veće potrebe konzumacije „flaširane“ vode. Već je odavno poznato da ljudski organizam može bez hrane izdržati i nekoliko mjeseci, no nije takav slučaj u nedostatku neophodno potrebne - vode. Kvalitet površinskih voda je u stalnom padu i smatra se da nije zadovoljavajući. One su uglavnom zagađene nutrijentima, derivatima nafte, teškim metalima i organskim jedinjenjima. Površinske vode naročito su ugrožene u rejonima velikih gradova i industrijskih postrojenja koje se bave proizvodnjom hrane (šećerane, fabrike voća i povrća, farme, klaonice).
Glavne skupine polutanata koje onečišćuju vodu dijele se na teške metale (kadmij,
olovo, živa i polumetal arsen, ali i druge anorganske tvari onečišćuju okoliš poput hroma i njegovih spojeva).
Voda na zemlji je u stalnom kruženju. Voda na površini zemlje isparava iz mora, kopnenih voda, pa i iz same zemlje i biljaka. Ta voda odlazi u atmosferu gdje se pod utjecajem atmosferskih aktivnosti ponovno spušta na zemlju u obliku kiše, snijega, magle ili rose. Samo mali dio vode ponire u zemlju i nakon desetina godina ponovno izvire. Već milionima godina na Zemlji postoji ista količina vode koja se ne smanjuje, ali i ne povećava. Njena kvaliteta ovisi o našem ponašanju prema njoj.
Voda je bila i ostala osnovni preduvjet za održavanje i razvoj svih organizama na Zemlji. Tako i danas ona pruža život milijardama organizama, biljkama, životinjama i ljudima.
5
1. PORIJEKLO, SASTAV I OSOBINE VODE
Voda, zajedničko ime koje se odnosi na tekuće stanje vodikova oksida, tj. na H 2O, još u antičko vrijeme smatrana je za elementarnu tvar koja se pojavljuje u svim tekućicama te se taj stav nije mijenjao sve do druge polovice 18. stoljeća. Godine 1781. britanski hemičar Henry Cavendish uspio je dobiti vodu sintezom vodika i kisika iz vazduha, ali još dvije godine rezultat toga eksperimenta nije ispravno protumačen sve dok francuski hemičar Antoine Laurent Lavoisier nije ustvrdio da voda nije elementarna tvar već spoj vodika i kisika. Godine 1804. francuski hemičar Joseph Louis Gay-Lussac i njemački naturalist Alexander von Humboldt u naučnom radu su zajednički ustvrdili da se voda sastoji od vodika i kisika u omjeru 2:1 što se danas iskazuje formulom H2O.
Slika 1. Sastav vode
Molekula vode se sastoji od atoma kisika i dva atoma vodika koji združeni čine ugao od 105°. Gotovo sav vodik u vodi ima atomsku težinu 1. Američki hemičar Harold Clayton Urey otkrio je 1932. prisustvo u vodi male količine (1 čestica na njih 6000) tzv. teške vode ili oksida deuterija, a deuterij je izotop vodika atomske težine 2. Kasnije 1951. godine američki hemičar Aristid Grosse dokazao je prisutnost u vodi i nekih izotopa vodika.
Voda je jedina tvar koja se pri uobičajenim temperaturama pojavljuje u sva tri agregatna stanja. Kao led opažamo je u ledenjacima, na vrhovima planina, na vodenim površinama tokom zime, kao snijeg i tuču. U tečnom stanju voda se pojavljuje kao kiša i rosa te ona prekriva tri četvrtine planeta tvoreći močvare, jezera, rijeke, mora i okeane. U plinovitom obliku pojavljuje se kao magla, para i u obliku oblaka. Prisutnost vodene pare u atmosferi se mjeri relativnom vlažnošću koja predstavlja udio vodene pare u zraku s obzirom na maksimalan mogući udio na određenoj temperaturi. Voda se u tlu pojavljuje u kapljičnome obliku, ali u tom stanju voda je za čestice tla vezana pojavom koju nazivano kapilarnost te takva voda ima drugačija svojstva od ostale tzv. slobodne vode. Pod
6
utjecajem gravitacije voda se sakuplja u određenim stijenama oblikujući unutrašnjost zemlje podzemnim tokovima i spremištima.
Voda pokriva 71% Zemljine površine. Najveći dio vodenih površina su morske (97%), a manji dio čini slatka voda (3%). Manje od 1% ukupne vode u svijetu dostupno je za ljudsku upotrebu i te se rezerve neprestano iscrpljuju i onečišćuju. Zbog toga je potrebno čuvati i zaštiti prirodne izvore vode i uključiti se u zaštitu tih područja pretvarajući ih u parkove prirode i nacionalne parkove. Iako je najviše ima na Zemlji, voda se može naći na Jupiterovom mesecu Europa i Saturnovom mesecu Enceladus.
Čista voda je tekućina bez boje, okusa i mirisa i univerzalni je rastvarač. Zahvaljujući tome ona donosi hranljive materije do korijena biljke i može da oblikuje zemljište. Bez vode nema fotosinteze. Važna osobina vode je ta da je njena gustoća u čvrstom stanju manja od gustoće u tečnom stanju. Zbog toga led pliva po površini vode, tj. voda se ledi od površine ka dnu. Voda je supstanca sa najvećim toplotnim kapacitetom i sa najvećim površinskim naponom (osim žive). Površinski napon omogućava snabdjevanje biljaka hranom putem osmoze i kapilarnih pojava.
U uvjetima standardnoga tlaka (760 mm žive) ledište vode je na 0°C dok se prijelaz iz tekućeg u plinovito stanje odvija na 100°C. Voda dostiže svoju najveću gustoću na 4°C koja s padom temperature opada što je poznato kao anomalija vode te je uzrokovano vodikovim vezama. Vodikovom vezom se smatra hemijska veza vodika i elementa velike elektronegativnosti. Budući da elektronegativni atom (u ovome slučaju kisik) privlači elektron koji pripada vodiku nastala tvorba je molekula koja ima izraženi svoj pozitivno i negativno nabijeni dio. Vodikova veza povezuje takve molekule vezujući međusobno pozitivno i negativno nabijene dijelove pojedinih molekula.
Voda je jedna od najpoznatijih ionizirajućih tvari. Budući da se većina tvari razlaže u vodi, vodu se često naziva univerzalnim otapalom. Voda združena s odgovarajućim solima tvori hidrate, u reakciji s metalnim oksidima tvori kiseline, te se u mnogim hemijskim reakcijama upotrebljava kao katalizator.
Kvalitet vode zavisi od fizičko-hemijskih i biohemijskih osobina vode u rijekama, jezerima i morima, a to znači da zavisi od sadržaja kisika, organskih jedinjenja, nitrata, fosfata, mangana, magnezijuma, teških metala. Promjene kvaliteta vode mogu biti uslovljene fizičko-hemijskim i biohemijskim promjenama:
Otpadnim vodama Pesticidima i vještačkim đubrivom Kiselim kišama Promjene režima toka vode
Promjene kvalitete vode nastaju kao posljedica prirodnog hidrološkog ciklusa kojim se obnavljaju zalihe vode, ali najveći utjecaj na promjenu kvalitete vode ima čovjek. Isparavanjem sa velikih vodenih površina (okeana, mora, jezera, rijeka i sl.), zemlje i biljaka voda odlazi u gornje slojeve troposfere gdje se kondenzuje u vidu oblaka, da bi se kao atmosferska padavina (kiša, snijeg) ponovo vratila na zemlju. Na svom putu kroz
7
atmosferu ona rastvara različite gasove prisutne u vazduhu kao što su kisik i ugljen dioksid, kao i neke vrlo štetne gasove kao što su sumporni i azotni oksidi, a sakuplja i razne nečistoće kao što su čestice čađi, prašine, bakterije i sl. Kap kiše koja prelazi put od 1 km ispira 16 litara vazduha. Na svom putu kroz različite slojeve zemljišta do nekog vodonepropusnog sloja, voda rastvara različite soli natrijuma, kalcijuma, magnezijuma, željeza i mangana, a i neke organske materije, tako da se u prirodi nikada ne nalazi hemijski čista.
Porastom industrijalizacije povećala se i količina zagađenih voda kao i potreba za njihovim prečišćavanjem. U prirodnom kružnom ciklusu izmjene tvari tlo – voda – okoliš, teški metali (Cr, Zn, As, Hg, Fe) su prisutni iz prirodnih i antropogenih izvora. Zbog svoje stabilnosti, toksičnosti i sklonosti akumuliranja u ekosistemu vrlo su opasni u okolišu. Analitički procesi koji se upotrebljavaju za obradu voda i uklanjanje teških metala su taloženje, oksidacijsko redukcijski procesi, membranski procesi, te ion-izmjenjivački procesi.
2. ZAGAĐENA VODA
Zagađena voda je ona voda koja je promijenila svoj prvobitni sastav (prirodni ili poslije pripreme vode za piće) tako što je došlo do unošenja štetnih materija, čije prisustvo uzrokuje promjenu fizičkog, hemijskog, biološkog ili bakteriološkog stanja vode u mjeri koja može da ograniči ili onemogući njenu upotrebu.
Zagađenje voda smatra se glavnim problemom na globalnoj razini. Računa se da je danas zagađena voda vodeći uzrok oboljenja i smrti. Prirodne vode služe kao izvorišta za vodoopskrbu, ali istodobno i kao prijemnici zagađene vode, pa je mogućnost promjene kakvoće vode sve veća. Zagađenje voda, u najširem smislu, predstavlja smanjivanje kvaliteta vode zbog naknadno primljenih primjesa.
Pod pojmom zagađenje vode smatra se degradacija kakvoće vode fizičkim, hemijskim, biološkim ili radiološkim onečišćenjem do stepena pri kojem je nemoguće korištenje vode za piće, odnosno pri kojem voda postaje štetna po ljudsko zdravlje, pogoršava stanje vodenih ekosistema, i ograničuje namjensku upotrebu vode. Zagađivanje vode može biti slučajno, sa katkad ozbiljnim posljedicama, mada je najčešće rezultat nekontrolisanih ispuštanja zagađujućih materija različitog porijekla kao što su: otpadne vode domaćinstva, industrijske otpadne vode, otpadne vode stočnih farmi, vode sa poljoprivrednih površina i vode koje otiču i spiraju gradske površine. Iako zagađujuće supstance u vode mogu dospjeti i direktnim putem, taloženjem zagađujućih supstanci iz atmosfere na vodene površine ili aviotretiranjem poljoprivrednih površina pesticidima ili pri prihranjivanju kultura mineralnim đubrivima, osnovna količina zagađujućih supstanci ispušta se otpadnim vodama različitog sastava.
Gradske (komunalne) otpadne vode sadrže organske materije podložne razgradnji, prilikom čega se troši jedan dio rastvorenog kisika iz vode u koju se ispuštaju. Biološka potrošnja kisika (BPK) je mjera biološke degradacije organske materije koja je prisutna u
8
vodi i služi da se izmjeri količina rastvorenog kisika koji se troši u toku biodegradacije organskih materija, uz aktivno učešće mikroorganizama u vodi.
Organske materije pri tom služe mikroorganizmima kao hrana i izvor energije za njihove životne aktivnosti. U slučaju gradskih zagađenih voda petodnevna vrijednost BPK5 iznosi 300-500 mg/dm³. Organska jedinjenja koja se nalaze u zagađenim vodama sastoje se od aminokiselina, masnih kiselina, sapuna, estara, anijonskih deterdženata, amina, amida i mnogih drugih jedinjenja. Osnovni dio gradskih zagađenih voda predstavljaju materije koje se talože na dnu površinskih voda (rijeka, jezera) u koje se one ispuštaju. Ovi talozi vremenom stvaraju debele slojeve mulja. Glavni mineralni sastojci gradskih zagađenih voda jesu rastvorene soli u obliku jona natrijuma, kalijuma, kalcijuma, mangana, amonijaka, hlorida, nitrata, sulfata, fosfata.
Gradske zagađene vode uvijek sadrže i razne mikroorganizme, od kojih izvjesni mogu da budu i patogeni. Još je teže ustanoviti tačne osobine zagađujućih materija u industrijskim otpadnim vodama. Na nacionalnom planu ne postoji ni jedna detaljna lista industrijskih otpadnih materija. Obično industrijske zagađujuće vode sadrže, bilo u tragovima ili većoj količini, sirovine, industrijske poluproizvode, finalne industrijske produkte, koproizvode i sporedne proizvode, kao i razne hemijske supstance. Sastav i količina zagađujućih materija koje ispusti određena industrija mogu se po pravilu znati samo pomoću detaljne analize zagađenih voda.
Danas je poznato više hiljada zagađujućih materija u industrijskim otpadnim vodama, među kojima najčešće figuriraju deterdženti, rastvarači, cijanidi, teški metali, neorganske i organske kiseline, amonijak i druga jedinjenja azota, masti, soli, sredstva za bijeljenje, boje i pigmenti, fenolna jedinjenja, sredstva za štavljenje, sulfidi i drugo. Veliki broj pomenutih jedinjenja je biocidan i toksičan. I pored njihove velike raznovrsnosti brojne industrijske otpadne materije mjerljive su pomoću istih parametara koji se primenjuju i na gradske otpadne materije.
Ti zajednički parametri su: BPK, HPK, mutnoća, suspendovane materije, pH i drugo. Zagađenje poljoprivrednog porijekla potiče od životinjskih otpadaka, proizvoda erozije tla, đubriva, mineralnih soli koje potiču od navodnjavanja, pesticida itd. Značajna količina zagađujućih supstanci u vode dospijeva i spiranjem sa gradskih površina. Npr., sa površine jednog američkog grada srednje veličine kroz kanalizacioni sistem u vode se unosi do 125 tona olova i do 15 tona žive godišnje. Osim ovih produkata sagorijevanja, atmosferskim padavinama spiraju se i benzopireni kao i ogromne količine soli koje se u zimskom periodu koriste za posipanje saobraćajnica.
Sadržaj pojedinih materija (mg/l –najčešće) u zagađenoj vodi utvrduje se terenskim i laboratorijskim radovima (uzorkovanje i analiza), na osnovu čega se dobivaju pokazatelji zagađenja vode koji čine osnovu za planiranje i projektovanje mjera zaštite, u okviru čega i projektovanje postrojenja za prečišćavanje zagađenih voda.
9
2.1. Zagađivači vode
Po svom porijeklu zagađivači vode mogu biti trojaki:1. Hemijski2. Biološki i3. Fizički
Hemijske zagađivače čine: kiseline, alkalije, razne soli, pesticidi, deterdženti, fenoli i druge organske materije. Velik je broj i neorganskih jedinjenja koja smanjuju vrijednost vode- teški metali.
Od organskih jedinjenja koja su sve više prisutna u površinskim, a i podzemnim vodama navodimo: pesticide, sintetičke materije hemijske industrije, deterdžente, vještačko đubrivo i sl.Ova jedinjenja ne samo što su opasna po ljudsko zdravlje, toksična za ribe, životinje i raslinje nego ometaju uobičajeni proces prečišćavanja zagađenih voda. Tako su npr. pesticidi toksični za vodnu floru i faunu, a daju i neprijatan miris i ukus vodi; vještačko đubrivo i deterdženti izazivaju pretjerano razmnožavanje vodne vegetacije, a u većini slučajeva biološki su nerazgradljivi; pjena od sintetičkih deterdženata koči biološki proces u vodotocima, dok u postrojenjima za prečišćavanje zagađenih voda eliminiše mikrobe i viruse; ugljovodonični otpaci šire u vodi kancerogene materije, dok razni drugi proizvodi sprječavaju normalan rad postrojenja za prečišćavanje vode.
Biološki zagađivači su: bakterije, virusi, alge, fekalije, lignini, drugi zarazni organizmi i sl. Među ovima posebno su opasni po čovjeka infekcioni mikroorganizmi, izazivači zaraznih bolesti.
Fizički zagađivači su: toplota, boja, miris, radioaktivnost, suspendovane čvrste materije, pijesak, mulj i sl. Topla voda od hlađenja narušava proces fotosinteze u akvatorijima, odnosno snižava mogućnost vode da prenosi kiseonik, čime se narušava životna aktivnost biljnih i životinjskih formi u vodnoj sredini.
Suspendovane čvrste materije (ali i u rastvorenom stanju), također, ugrožavaju akvatičan život i proces fotosinteze u površinskim vodama. Sve veću opasnost iz ove grupe zagađivača čine radioaktivne materije koje kontaminiraju vodne resurse na širem prostoru. Prije svega, to su radioaktivne padavine nakon nuklearnih proba, zatim radioaktivni elementi u slučaju većih havarija nuklearnih elektrana, radioaktivni otpaci iz instituta gdje se koriste izotopi i dr.
2.2. Izvori zagađivanja
Kao što su različite vrste zagađivača, tako imamo i više izvora zagađivanja. U procesu kruženja vode mnoge zagađujuće materije (mineralna đubriva, minerali, organske i
10
neorganske, radioaktivne materije i otpadna toplota), koje čovjek proizvodi u okviru svojih djelatnosti dospijevaju u prirodne vode.
Osnovni izvori zagađivanja vode su: zagađene vode urbanih i industrijskih kanalizacionih sistema, te nekontrolisane deponije čvrstih otpadaka.
Sa urbanih područja, naročito onih gdje je locirana i raznovrsna industrija, formiraju se zagađene vode organskog i neorganskog porijekla koje zagađuju vodotoke, putem kojih i podzemne vode, te mora u koja se ulijevaju, posebno dio oko ušća. Specifičan problem predstavljaju one industrije koje u sistem urbane kanalizacije upuštaju toksične i nerazgrađujuće materije koje takoreći netaknute protiču kroz postrojenje do recipijenta.
Posebno opasan izvor zagađivanja su nekontrolisane deponije sa tzv. Filtratom, fluidom koji je i po nekoliko puta zagađeniji od fekalnih voda.
Direktan izvor zagađivanja voda su i poljoprivredne površine odakle se spiraju ili infiltriraju rastvorene supstance vještačkih đubriva. Zagađene vode sa mjesta silaže hrane, sa saobraćajnih površina, iz stočarskih i drugih vrsta farmi itd. direktni su izvori zagađenja.Međutim, kvalitet voda može biti ugrožen i na indirektan način, npr. pretjeranom i nekontrolisanom sječom šuma, što izaziva pojavu erozije zemljišta čiji se produkti sedimentiraju u vodnim akvatorijima; kontaktom atmosferskih padavina sa kontaminiranom atmosferom ili zemljištem. Uzroci zagađenja i onečišćenja podzemnih voda uvijek su vezani uz različite oblike ljudske aktivnosti (slika 2).
Direktni izvori zagađenja su oni za koje je sigurno da emitiraju zagađenje u vode, a mogu biti stalni i povremeni. Stalni ili kontinuirani izvori zagađenja emitiraju zagađenje cijelo vrijeme posmatranja i na njih većinom ne utječu prevladavajući hidrološki uvjeti. U ove izvore zagađenja pripadaju:
tačkasti izvori - industrijski efluenti, uređaji za pročišćavanje otpadnih voda, drenažne
rudničke vode, riblje farme, septičke jame; raspršeni ili difuzni izvori – poljoprivredna aktivnost na navodnjavanim
površinama.
U stalne izvore zagađenja često pripadaju i oni izvori zagađenja koji bi, u idealnim uvjetima, trebali pripadati grupi potencijalnih izvora zagađenja, primjerice propusna kanalizacijska mreža. Također, ovdje mogu pripadati i odlagališta komunalnoga i industrijskog otpada te divlja odlagališta otpada i napuštene šljunčare ispunjene raznovrsnim otpadom. Površinske vode, ukoliko su opterećene industrijskim i komunalnim otpadnim vodama, također, pripadaju u kategoriju stalnih izvora zagađenja.
Povremeni izvori zagađenja emitiraju zagađenje samo u jednom dijelu posmatranja, ovisno o prevladavajućim hidrološkim uvjetima, a naročito u vrijeme intenzivnih i jakih oborina. Ovi izvori zagađenja se, također, dijele na tačkaste i difuzne izvore:
11
1. tačkasti izvori – lokacije istjecanja oborinskih otpadnih voda, odlagališta jalovine u otvorenim površinskim kopovima, odlagališta stajskoga gnojiva i ostalog otpadnog materijala s farmi;
2. difuzni izvori – poljoprivredna aktivnost, sustavi odvodnje oborinskih otpadnih voda, pošumljavanje.
Potencijalni izvori zagađenja u normalnim prilikama uopće ne emitiraju zagađenje, već do njihove emisije može doći zbog havarija, kvarova, nepažnje ili drugih iznimnih okolnosti.
Slika 2. Izvori zagađenja podzemnih voda
2.3. Standardi kvaliteta vode
Čista i pitka voda vrijedan je i nezamjenjiv prirodni resurs, čiji je značaj za život i zdravlje ljudi neprocjenjiv.
U zadnjih nekoliko godina, razvojem savremenih analitičkih tehnika moguće je detektirati prisutnost različitih organskih i anorganskih spojeva i elemenata u vodi u koncentracijama od nekoliko dijelova mase na milijardu (ppb) ili čak bilijun dijelova mase (ppt). Pitanje koje se može postaviti glasi: “Koliko opasni mogu biti tako niski sadržaji hemijskih ili bioloških tvari u vodi za zdravlje ljudi”?
12
Savremena nauka još uvijek ne može odgovoriti na ovo pitanje sa 100% sigurnošću. Moguće je provesti procjenu rizika da neka tvar u određenoj koncentraciji neće prouzročiti štetne pojave za ljude. Takva procjena rizika obično se provodi u okviru ekotoksikoloških ispitivanja na biljkama i životinjama, na temelju kojih se nastoji utvrditi referentna doza za ljude koja neće biti štetna za ljudsko zdravlje. Jednom utvrđena referentna doza predstavlja maksimalno dopuštenu koncentraciju (MDK) tvari u vodi i u stvari određuje standard kvaliteta vode za analiziranu tvar.
Standardi kvaliteta voda često se razlikuju u zakonskim propisima pojedinih zemalja ili organizacija. Kao primjer navodi se standard pitke vode za olovo, koji prema Pravilniku o zdravstvenoj ispravnosti vode za piće (N.N. br. 47/08) i europskoj Direktivi za pitke vode (eng.: Drinking Water Directive, 98/83/EC), te propisima Svjetske zdravstvene organizacije (eng.: World Health Organization,WHO) iznosi 10 μg/l, a u propisima američke Agencije za zaštitu okoliša (eng: United States Environmental Protection Agency, USEPA) iznosi 15 μg/l.
Pravilnikom o zdravstvenoj ispravnosti vode za piće (u daljnjem tekstu: Pravilnik) propisuju se zahtjevi i standardi koje mora ispunjavati voda za piće, maksimalno dozvoljene vrijednosti parametara zdravstvene ispravnosti, metode laboratorijskih ispitivanja, te mjere za praćenje zdravstvene ispravnosti vode za piće.
Voda za piće je svaka voda neprerađena ili prerađena, namijenjena za piće, kuhanje, pripremu hrane ili drugu upotrebu u domaćinstvu, bez obzira na njeno porijeklo i bez obzira da li se distribuira iz razvodne mreže, rezervoara ili je u flašama ili kontejnerima.
Voda za piće je zdravstveno ispravna ako:a) ne sadrži mikroorganizme, parazite ni materije u količinama ili koncentracijama
koje predstavljaju potencijalnu opasnost za zdravlje ljudi, b) ispunjava minimalne zahtjeve utvrđene u Aneksu I., Dio A i B, koji su sastavni dio
ovog Pravilnika, c) provode se mjere u skladu sa čl. 5., 6., 8. i 10. ovog Pravilnika.
Provjeru zdravstvene ispravnosti vode namijenjene javnom vodosnabdijevanju vrše nadležni inspektorati entiteta i Brčko Distrikta Bosne i Hercegovine, preko zavoda i instituta za javno zdravstvo entiteta i Brčko Distrikta.
Nadležni inspektorati entiteta i Brčko Distrikta preduzimaju sve mjere potrebne za provođenje redovnog praćenja kvaliteta vode za piće, kako bi se provjerilo da li voda koja je na raspolaganju potrošačima zadovoljava zahtjeve iz ovog Pravilnika, a posebno vrijednosti parametara utvrđenih u skladu s članom 5. ovog Pravilnika.
Laboratorije koje provode praćenje moraju biti akreditirane prema normi BAS EN ISO/IEC 17025.
Subjekat u poslovanju s hranom koji upravlja javnim sistemom za vodosnabdijevanje obavezan je uspostaviti sistem samokontrole u skladu s odredbama člana 29. Zakona o hrani ("Službeni glasnik BiH", broj 50/04), kao i posebnih propisa iz oblasti hrane kojim se utvrđuju detaljna pravila za provođenje sistema samokontrole
13
razvijenog u skladu s principima HACCP-a, najkasnije dvije godine nakon stupanja na snagu posebnih propisa.
Tablica 1. Mikrobiološki pokazatelji
Pokazatelj Jedinice voda za piće MDK JEDINICE VODA U AMBALAŽI
Escherichia coli
broj/100 ml 0 broj/250 ml
Enterokoki broj/100 ml 0 broj/250 mlUkupni koliformi
broj/100 ml 0 broj/250 ml
Clostridium perfringens (uključujući spore)*
broj/100 ml 0 broj/100 ml
Broj kolonija 22oC
broj/1 ml 100 broj/1 ml
Broj kolonija 37oC
broj/1 ml 20 broj/1 ml
Salmonella spp.
broj/1000 ml 0 broj/1000 ml
Shigella spp. broj/1000 ml 0 broj/1000 mlVibrio cholerae
broj/1000 ml 0 broj/1000 ml
Paraziti broj/1000 ml 0 broj/1000 mlEnterovirusi broj/5000 ml 0 broj/1000 mlPseudomonas aeruginosa
broj/100 ml 0 broj/250 ml
Napomena 1. – određuje se samo ako je voda za piće po porijeklu površinska voda ili voda iz krša.
14
Tablica 2. Hemijski pokazatelji
Pokazatelj Jedinice MDK Napomena
Akrilamid µg/l 0,10 1
Aluminij Al mg/l 0,2
Amonijak NH4+ mg/l 0,50
Antimon Sb µg/l 5,0
Arsen As µg/l 10,0 2
Bakar Cu µg/l 2000 3
Barij Ba µg/l 700
Benzen µg/l 1,0
Benzo(a)pyrene µg/l 0,01
Berilij Be µg/l 4
Boja mg/PtCo skale 20
Bor B µg/l 1000,0
Bromat µg/l 10,0 5
Cijanidi CN µg/l 50,0
Cink Zn µg/l 3000
Detergenti - anionski µg/l 200,0
– neionski µg/l 200,0
Epiklorhidrin µg/l 0,10 1
Fenoli µg/l 4
Fluoridi F µg/l 1500
15
Fosfati P µg/l 300
Isparni ostatak mg/l / 105oC <1000
Kadmij Cd µg/l 5,0
Kalcij Ca mg/l 4
Kalij K mg/l 12
Kloridi Cl mg/l 250,0 15
Klorit ClO2µg/l 400
Kobalt Co µg/l 4
Koncentracija vodikovih iona
pH jedinica 6,5-9,5
Hrom Cr µg/l 50,0
Magnezij Mg mg/l 4
Mangan Mn µg/l 50,0
Mineralna ulja µg/l 20,0
Miris bez
Mutnoća oNTU 4
Natrij Na mg/l 200,0
Nikal Ni µg/l 20,0 3
Nitrati NO3 mg/l 50,0 6
Nitriti NO2 mg/l 0,50 6
Okus bez
Olovo Pb µg/l 10,0 3,7
16
PAH µg/l 0,10 8
Pesticidi pojed. / ukupni µg/l 0,1/0,5* 9, 10,11
Selen Se µg/l 10,0
Silikati SiO2 mg/l 50
Slobodni klor Cl2 mg/l 0,5
Srebro Ag µg/l 10 12
Sulfati SO4 mg/l 250,0 15
Temperatura oC 25
THM – ukupni µg/l 100,0 13
1,2-dikloroetan µg/l 3,0
Suma tetrakloreten i trikloreten
µg/l 10,0
TOC C mg/l 14
Ukupna tvrdoća CaCO3 mg/l 4
Ukupne suspenzije mg/l 10
Utrošak KMnO4 O2 mg/l 5,0 16
Vanadij V µg/l 5,0
Vinil klorid µg/l 0,50 1
Vodikov sulfid bez
Vodljivost µS/cm /20 oC 2500 15
Željezo Fe µg/l 200,0
Živa Hg µg/l 1,0
17
Tablica 3. Radioaktivnost
Pokazatelj Granična vrijednost pokazatelja
Mjerna jedinicaNapomena
Tricij 100 Bq/l 1
Ukupna primljena doza 0,10 mSv/godina 1
Napomena 1. – Određivanje samo kod formiranja novog izvorišta
Tablica 4. Najveća dopuštena količina ostatka nakon obrade zrakom obogaćenim ozonom
Ostatak nakon obradeNajveća dopuštena količina, μg/l
1. Otopljeni ozon 50
2. Bromat 3
3. Bromoform 1
Kao primjer za organske hemijske tvari, navodi se standard za pesticid atrazin, koji prema propisima USEPA iznosi 3μg/l, a prema europskoj Direktivi za pitke vode iznosi samo 0,1μg/l.
Standardi kvalitete voda, koji su određeni s obzirom na rizik za ljudsko zdravlje, nisu realni pokazatelji stvarnoga antropogenog utjecaja, koji uzrokuje onečišćenje ili zagađenje voda.
18
Naime, kriteriji koji su primjenjivani prilikom određivanja standarda kvalitete za pitke vode ne odražavaju stvarnu osjetljivost pojedinih prirodnih ekosistema na promjene kakvoće voda uzrokovane ljudskom aktivnošću. Stoga je potrebno odrediti i tzv. geohemijske ili prirodne bazne vrijednosti pojedinih tvari. Geohemijska ili prirodna bazna vrijednost (eng.: background concentration) je relativna mjera za razlikovanje između koncentracije prirodnoga elementa ili spoja i koncentracija koje su posljedica antropogenoga utjecaja u realnom skupu uzoraka.
Slika 3. Utjecaj prirodne varijabilnosti koncentracije tvari na kvalitet podzemne vode
U nekim slučajevima loš kvalitet podzemne vode ne znači ujedno da je podzemna voda onečišćena ili zagađena. Naime, loš kvalitet može biti posljedica prirodno povišenih koncentracija, a ne antropogenoga utjecaja. Stoga je, prije donošenja zaključaka o onečišćenju ili zagađenju podzemnih voda, potrebno definirati prirodne bazne vrijednosti tvari u podzemnoj vodi, kako bi se utvrdilo porijeklo povišenih koncentracija.
Geohemijska bazna vrijednost predstavlja prirodnu varijabilnost nekoga hemijskog sastojka u određenim prostornim uvjetima koje karakterizira homogenost, ponajviše klimatoloških, litoloških i pedoloških karakteristika. Određivanje geohemijske bazne vrijednosti je korisno radi određivanja povišenoga sadržaja nekog hemijskog sastojka u istraživanom mediju, koji može predstavljati opasnost po ljudsko zdravlje ili prirodne ekosisteme.
Generalno, mogu se razlikovati geohemijske i statističke metode za određivanje geohemijskih baznih vrijednosti. Geohemijske metode se baziraju na interpretaciji bazne vrijednosti nekoga elementa ili spoja iz pojedinačnih uzoraka ili profila uzoraka. Pri tom je bitno poznavati i dodatne parametre kao što su: pH vrijednost, sadržaj ugljika i sumpora te
19
sadržaj pojedinih izotopa. Ovaj pristup zahtjeva ekspertno poznavanje geohemijskoga ponašanja istraživanoga elementa u sasvim određenim prirodnim uvjetima koji uključuju i paleookolišne uvjete.
Geohemijska bazna vrijednost se određuje kao fiksna vrijednost (srednja vrijednost ili medijan), a prirodna varijabilnost koncentracija razmatranoga elementa ili spoja se u pravilu ne određuje.
Statistička metoda se bazira na određivanju funkcije diobe vjerojatnosti promatranoga elementa ili spoja, a time i njegove varijabilnosti (slika 3).
U prirodnim uvjetima, bez antropogenoga utjecaja, dioba učestalosti podataka odgovarat će normalnoj diobi. U stvarnosti, na diobu podataka utječe više procesa, od kojih neki, kao posljedica antropogenoga utjecaja, mogu dovesti do pozitivnih anomalija koje se prikazuju kao pozitivna asimetrija normalne krivulje. Korištenjem statističkih metoda mogu se otkloniti ove anomalije te dobiti reducirani niz podataka koji se označava kao antropogeno neporemećen.
Geohemijske bazne vrijednosti se obično određuju za neko ograničeno i homogeno područje, kao koncentracijski rasponi koji pokazuju prirodnu varijabilnost podataka, a unutar kojih treba tražiti pravu baznu vrijednost. Prema tome, određivanje bazne vrijednosti neke hemijske tvari provodi se na način da se određuje prirodni niz vrijednosti u okviru kojega postoji 95% vjerojatnost da se nalazi prava bazna vrijednost. Gornja ili donja granica na funkciji diobe vjerovatnosti pojavljivanja baznih vrijednosti naziva se granična vrijednost (eng.: threshold value) i predstavlja standard kakvoće neke tvari za prirodne ekosisteme na posmatranom području (slika 3).
20
Slika 4. Primjer određivanja baznih vrijednosti primjenom statističke metode
Okvirnom Direktivom o vodama Europske Unije i novom Direktivom za podzemne vode propisana je obveza određivanja baznih i graničnih vrijednosti za hemijske tvari, na temelju kojih će se procjenjivati stanje kvaliteta voda u vodnim cjelinama.
2.4. Uticaj urbanizacije na kvalitet vode i pojavu zagađenja
U urbanim sredinama, kvaliteta površinskih i podzemnih voda najviše je ugrožena od industrijskih, komunalnih i oborinskih otpadnih voda. Akutni utjecaji pokazuju se naglo i intenzivno na mjestu ispuštanja otpadnih voda u prirodne recipijente, a naročito su izraženi u sušnim razdobljima, kada su procesi razrjeđenja u recipijentima površinskih voda minimalni.
Visoke koncentracije razgradive organske tvari, amonijaka i teških metala, kao i patogenih mikroorganizama uzrokuju zagađenje površinskih voda, a time i podzemnih voda koje su u direktnoj hidrauličkoj vezi sa zagađenim recipijentom.
Kumulativni utjecaji ispuštanja zagađenih voda u površinske recipijente očituju se postupnim pogoršanjem kvaliteta vode, koje postaje očigledno tek nakon što neki od
21
parametara kvaliteta dosegnu kritičnu graničnu vrijednost ili maksimalnu dozvoljenu koncentraciju (MDK).
Primjer, postupno povećanje razgradive organske tvari u površinskom recipijentu može biti posljedica procesa koji se događaju u reduktivnim uvjetima, na graničnoj površini sedimenta i vode, na dnu rijeke, a količina razgradive organske tvari je izražena kao sedimentna potreba za kisikom (eng.: sediment oxygen demand).
Ovi procesi su naročito izraženi u prisutnosti sedimenata koji se talože iz suspenzije, nakon ispuštanja otpadnih voda. Oni mogu rezultirati oslobađanjem hranjivih i toksičnih tvari iz sedimenta, uslijed čega može doći do drastičnoga smanjenja količine kisika u vodi, što dodatno ugrožava prirodnu ekološku ravnotežu u rijeci.
Primjerice, prirodni sadržaj otopljenoga kisika u rijekama kreće se između 6 i 10 mg O2/l, a u rijeci Savi sadržaj kisika može pasti i ispod 2 mg O2/l, prije svega zbog organskoga onečišćenja koje nastaje zbog ispuštanja otpadnih voda u Savu.
O prisutnosti onečišćenja ili zagađenja od otpadnih voda svjedoče brojni pokazatelji ili indikatori zagađenja.
Jedan od najznačajnijih indikatora zagađenja je sadržaj otopljenoga kisika, koji se drastično smanjuje ako je u vodi prisutno organsko zagađenje. Na prisutnost organskoga zagađenja ukazuje biokemijska potreba za kisikom, BPK (biochemical oxygen demand, BOD), koja ukazuje na količinu kisika potrebnu da se biološki razgradi organska tvar uz pomoć mikroorganizama. Iako BPK nije najpouzdaniji pokazatelj količine organskih tvari u vodi, naročito kad voda sadrži nerazgradive organske tvari ili tvari koje ometaju rast mikroorganizama, on još uvijek služi za dimenzioniranje uređaja za pročišćavanje otpadnih voda.
Pokazatelj količine organske nerazgradive tvari u vodi je hemijska potrošnja kisika, KPK, koja se izračunava iz potrošnje oksidacijskoga sredstva nužnoga za potpunu razgradnju organske nerazgradive tvari.
Indikatori zagađenja od otpadnih voda su i nutrijenti, dušik i fosfor, koji mogu uzrokovati eutrofikaciju površinskih voda, zbog povećanja količine hranjivih tvari u njima. Osim različitih toksičnih tvari, kao što su ugljikovodici i teški metali, u otpadnim vodama je sve više modernih sintetičkih organskih kemikalija, poput lijekova i hormona. Ove tvari ometaju rad sistema za unutrašnje izlučivanje, a naročito su štetne za reproduktivne sposobnosti kod riba.
3. TEŠKI METALI U VODI I NJIHOV UTJECAJ NA LJUDSKO ZDRAVLJE3.13.PoznPoznato je da teški metali (živa, olovo, kadmij, krom, arsen) nemaju povoljno
djelovanje na organizam, te da njihovo akumuliranje u tijelu tokom dužeg vremenskog perioda može uzrokovati ozbiljne poremećaje i bolesti.
22
Teški metali u organizam ulaze putem zagađenog zraka, duhanskog dima, kozmetike, boja, također vodom i hranom. Pojam teški metali obuhvaća metale čija je gustoća veća od 5g/cm3. Čitav niz ovih metala je u vidu elemenata u tragu neophodan - esencijalan za mnogobrojne funkcije u ljudskom organizmu, a njihov manjak dovodi do pojave ozbiljnih simptoma nedostatka.
Najbolji primjeri su anemija kod manjka željeza, dijabetes kod manjka hroma, problemi u rastu kod manjka nikla. Kod nekih elemenata, kao što su arsen i nikl, funkcija nije još uvijek dovoljno istražena. Kod drugih elemenata kao što su olovo, kadmij, živa, arsen i molibden je dokazano da u većim količinama ispoljavaju toksičko djelovanje.
Najčešće je pitanje toksičnosti zapravo samo pitanje količine, a ovaj raspon veoma varira kod svakog pojedinog elementa. Tako se dnevna neophodna količina kobalta, centralnog atoma vitamina B12 koji je neophodan u stvaranju eritrocita kreće oko 0.1 mikrogram. U količinama od 25 - 30 miligrama/dan nastupaju simptomi otrovanja koji obuhvaćaju poteškoće od strane gastrointestinalnog trakta, srčana i bubrežna oštećenja. Ostali elementi kao npr. talij, su u bilo kojoj količini otrovni.
Tabela 5. Grane industrije koje emituju teške metale
Industrijska grana
Cd Cr Cu Hg Pb Ni Sn Zn
Papirna industrija
- + + + + + - -
Petrohemija + + - + + - + +
Proizvodnja hlora
+ + - + + - + +
Industrija gnojiva
+ + + + + + - +
Željezare i čeličane
+ + + + + ++
+
23
Teški metali mogu u vidu finih čestica prašine dospjeti u atmosferu, odakle se talože u vodama i tlu. U vodama se brzo razrjeđuju i talože kao teško rastvorljivi karbonati, sulfati ili sulfidi na dnu vodenih površina. Kada se adsorpcijski kapacitet sedimenata iscrpi, raste koncentracija metalnih jona u vodi. Kruženje teških metala u prirodi veoma ovisi o promjenama kojima ovi metali podliježu. Toksičnost teških metala se naročito pojačava kroz postupak keliranja i stvaranja sulfida s biološki aktivnim tvarima, naročito enzimima - postupak koji se naziva biometilacija. Posebnu toksičnost ispoljavaju metaloorganski spojevi žive, olova, hroma i selena.
Povišena koncentracija teških metala može biti uzrok nastanka autoimunih oboljenja, pri čemu se stvaraju protutijela usmjerena protiv vlastitih organa. Najčešći primjeri su različite vrste alergija, a u žena smetnje u funkciji žutog tijela jajnika (corpus luteum) koje priprema sluznicu maternice za implantaciju oplođenog jajašca. Pretpostavlja se da teški metali također utječu na metabolizam cinka, pri čemu izazivaju njegov manjak. Manjak cinka može izazvati smetnje u funkciji hipofize, štitnjače, nadbubrežne žljezde, jajnika i testisa, što se može negativno odraziti na plodnost.
Sve veća prisutnost teških metala u vodama najveća je posljedica široke upotrebe u industriji. Nisu razgradivi i uspješno se imbolizuju u tlo i vodene sedimente. U teške metale spadaju : U drugu grupu ubrajaju se d-elementi - teški metali (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg),
Tabela 6. Dopuštene koncentracije teških metala u vodi za piće:
Metal U.S Environmental Protection Agency
(EPA)
Canada World Helth Organization (WHO)
As 50ppb (2ppb)** 50ppb (25ppb)** 50ppb (10ppb)**Cd 5ppb 5ppb 5ppbPb 20ppb 10ppb 50ppb (10ppb)**Hg 2ppb 1ppb 1ppb
3.1. Arsen
Arsen je 1250. godine otkrio Albertus Magnus (Njemačka). Ime mu dolazi od grčke riječi arsenikon za zlatni auripigment (As2S3). Korijen riječi se može naći i u arapskom nazivu za auripigment - az-zernikh.
Arsen se može naći u podzemnim i površinskim vodama i to najčešće u obliku svojih jedinjenja. Javlja se u dva valentna stanja, kao trovalentan i kao petovalentan. Valentno stanje i oblici arsena u vodi zavise od više faktora: redoks potencijala i pH vrijednost vode, sadržaja organskih materija, veličine čestica, biološke aktivnosti, karakteristike samog akvifera i dr.
U površinskim vodama bogatim kisikom najčešće je prisutan petovalentni arsen (As(V)-arsenat), dok je u redukovanim uslovima sa smanjenim redukcionim potencijalom
24
(duboke podzemne vode i sedimenti), uglavnom prisutan trovalentan arsen (As(III)-arsenit), koji je znatno mobilniji i toksičniji.
Neorganska jedinjenja arsena su kancerogena pa su više opasna za organizam od njegovih organskih jedinjenja. Arsen (As) je hemijski element koji se nalazi u atmosferi, tlu, stijenama, prirodnim vodama i organizmima. Većina ekoloških problema, kao i sama pojava arsena u vodi, posljedica je prirodnih procesa kao što su otapanje, biološke i vulkanske aktivnosti. Nije zanemariv niti utjecaj čovjeka kroz rudarsku industriju, emisiju plinova nastalih sagorijevanjem fosilnih goriva, te upotrebom produkata arsena u obliku pesticida i herbicida čija je primjena bila raširena posljednjih desetljeća. Proizvodi arsena još i danas se često rabe u drvnoj industriji pri zaštiti drvenih predmeta.
Od svih izvora, arsen u vodi za piće ima najveći utjecaj na širu populaciju i ljudsko zdravlje. Voda za piće uzima se iz raznih izvora, ovisno o lokalitetu; atmosferska ili oborinska voda, površinska voda (rijeke, jezera, mora) te podzemna voda (izvori, bunari). Koncentracije arsena pronađene u podzemnim vodama u nekim dijelovima uvelike prelaze maksimalno dopuštene koncentracije.. Arsen je svrstan u Grupu 1, što znači da je dokazano kancerogen za čovjeka. Arsen šteti srcu, plućima, želucu, jetri i bubrezima. Može da izazove rak pluća i bubrega, a negativno utiče i na nervni sistem. Zbog toga je granična vrednost za arsen u vodi za piće koja je ranije iznosila 0,05 mg/dm3 smanjena na 0,01 mg/dm3.
Narandžasta boja potiče od precipitata željezo oksihidroksida koji nastaje prilikom izlijevanja podzemne vode u rijeku. Voda sadrži visoku koncentraciju željeza, arsena i mangana.Najviše koncentracije arsena u vodi zabilježene su u zemljama jugoistočne Azije (Indija, Kina, Bangladeš, Filipini, Tajvan) s 400 do 3400−1gL , zatim u zemljama jugoistočne Amerike (Čile, Meksiko, Argentina) od 140 do 300−1gL te u nekim dijelovima SAD-a i Japana.. Više od 50 miliona ljudi na području Bangladeša zatrovano je konzumiranjem vode s masenom koncentracijom arsena od 1−1gL .
Visoke koncentracije arsena u vodi zabilježene su na područjima s termalnom aktivnošću. Tako je zabilježena najviša koncentracija od 8,5−1gL u termalnim vodama Novog Zelanda.
Međutim, arsen se u organizam najviše unosi hranom (neorganski arsen oko 25% i organski oko 74%), a mnogo manje vodom i zrakom, osim u blizini industrijskih izvora. Akutno trovanje arsenom dovodi do promjena u centralnom nervnom sistemu, gastrointestinalnom i respiratornom sistemu kao i na koži, može izazvati komu, a u količini od 70-180 mg/dm3 dovodi do smrti.
Hronično trovanje manifestuje se opštom mišićnom slabošću, gubitkom apetita, mučninom i promjenama na koži. Trovanje kože manifestuje se hiper- pigmentacijom kože, hiperkeratozom, polineuritisom („arsenaski polineuritis”), i uglavnom se javljaju kod visoke profesionalne izloženosti arsenu, a, također, i kod stanovništva koje dugo koristi
25
vodu za piće sa visokim koncentracijama arsena. Poslije apsorpcije arsen se deponuje u jetri, bubrezima, slezeni, a naročito u keratinskim tkivima.
Milioni ljudi danas troše vodu za piće u kojoj se arsen nalazi u povišenim koncentracijama. Upotrebom ovakve vode za piće dolazi do unosa arsena u organizam koji se manifestira povećanom koncentracijom arsena u krvi, kosi, noktima, inaktivacijom različitih enzima te pojavom keratoza i raka pluća.
3.2. Živa
Živa (lat. hydrargyrum, Hg), poznata još i kao tekuće srebro, je element 12. skupine periodnog sistema elemenata atomskog broja 80 i relativne atomske mase 200,59. Elektronska konfiguracija atoma žive je [Xe] 4f145d106s2. Ima sedam izotopa od kojih se živa-202 javlja u izotopskoj smjesi sa 30% udjela, a živa-200 sa 23%, a niti jedan nije radioaktivan. Elementarna živa pri sobnoj temperaturi je jedini tekući i hlapljivi metal, a karakterizira ju i velika napetost površine. U većini spojeva je jednovalentna ili dvovalentna, ona je najteža tekućina, otapa mnoge metale i s njima stvara legure – amalgame (osim sa željezom), hemijski je otporna gotovo poput plemenitih metala (ima pozitivan standardni elektrodni potencijal). Živa se u prirodi pojavljuje samostalno, ali tvori i veliki broj spojeva. S prosječnim udjelom od 0,083ppm u Zemljinoj kori nalazi se na 65. mjestu po zastupljenosti među hemijskim elementima.
Čvrsta živa je svjetlija od tekućine, nalikuje više kositru nego srebru. Pod tlakom se lako deformira, poput olova, a lom joj je zrnat. Najvažnija nalazišta živine glavne rude, cinabarita, HgS, jesu Almaden u južnoj Španjolskoj i Idrija u Sloveniji (rudnik koji je više godina zatvoren, a ubrajao se među najveća nalazišta žive u svijetu).
Živa se koristi za izradu legura koja imaju veliku upotrebu za mineralne boje, eksplozive, pri dobijanju zlata, u elektrotehnici, u farmaceutskoj industriji. Živu nastalu iz prirodnih izvora možemo naći u biosferi kao rezultat erupcije vulkana, erozije tla te bakterijske razgradnje organskih živinih spojeva (količina od 1 x 105 tona žive na godinu).
Ako čovjek utječe na akumulaciju žive u atmosferi, govorimo o antropogenim izvorima žive kao što su izgaranje fosilnih goriva, prerađivanje nafte, plinovi i otpad nuklearnih reaktora, medicinski otpad, odlaganje baterija i fluorescentnih lampi. Živa kruži različitim dijelovima okoliša (Tablica2), prvenstveno zbog golemog prirodnog unosa iz vulkana. Tome se još dodaje otpuštanje žive ljudskim djelovanjem: izgaranjem ugljena i plina, te iz spalionica otpada gdje potječe iz baterija i fluorescentnih cijevi (količina od 5 x 104 tona žive na godinu).
Tablica 7. Živa u okolišu
Okoliš KoličinaZemljina kora 0,08 ppmTlo 0,1-0,5 ppb, onečišćena tla do 0,2 ppm
26
Morska voda 40 pptAtmosfera 2-10 ng/m³, nalazišta rude do 1500 ng/m³,
u kišnici 2-5 ppt
Glavni problem žive je, kada je riječ o zaštiti okoliša, dakle, njezina široka upotreba i to prije svega u industrijskoj proizvodnji. U elementarnom stanju živa je otrovna u obliku pare ili veoma sitnih kapljica.
Pomalo neobično, gutanje tekuće elementarne žive ne predstavlja rizik za zdravlje, no s udisanjem para je upravo suprotno: budući da lako isparava, živine pare se mogu lako apsorbirati u plućima, pa zbog toga koncentracija žive u zraku ne smije prelaziti 0,1 mg /m3 zraka.
Živine pare jako su otrovne i udisanjem mogu izazvati trovanja koja se u početku očituju u lakom krvarenju zubnog mesa, kasnije u slabosti pamćenja, glavoboljama, smetnjama u probavi i na kraju teškim oštećenjima živčanog sistema. U nekim zemljama, kao što je Velika Britanija, dopušta se najviše 0,05 mg/m3 živinih para u zraku uz osmosatno radno vrijeme. Ako živa dospije u krv iz pluća, iz probavnog trakta ili kroz kožu, nakuplja se u bubrezima, jetri, centralnom nervnom sistemu, žlijezdama s unutrašnjim izlučivanjem i u kostima.
Prvi znaci trovanja živom su, uglavnom, suhoća usta i grla, tegobe pri disanju, bol u prsima, drhtavica, razdražljivost, upala desni, nepreciznost u pokretima ruku i prstima i probavne tegobe. Isti su i znaci trovanja živinim spojevima, a pri teškom trovanju žive nastaje gubitak pamćenja, grčevi, oduzetost i smrt (Gerstner, 1997.). Općenito, doza i manja od 0,5 grama topljivih živinih spojeva može biti kobna pri trovanju preko probavnog sistema. Znaci trovanja živom u krvi javljaju se pri koncentraciji 3-11 μg na 100 ml, a najveća dopuštena koncentracija organoživih spojeva u zraku je 0,01 mg/m3. U organizmu živu vežu molekule bjelančevina preko tiolne skupine (-SH), ali je vežu i slobodne molekule cisteina. Nakon trovanja živinim parama, živa se u početku razmjerno brzo izlučuje iz organizma urinom, a zatim sve sporije.
3.2.1. Metil-živa Metil živa upotrebljava se u elektrotehnici, elektrohemiji i hemijskoj industriji, za proizvodnju pesticide. Sastavni je dio laboratorijskih i mjernih instrumenata, legirana s metalima kao amalgam primjenjuje se u zubarstvu (iako sve manje jer je zamjenjuju kompozitni polimerni materijali).
Od organometalnih živinih spojeva, metal-živa zauzima posebno mjesto prema izloženosti faune i ljudske populacije njome. Kao i kod drugih alkil- živinih spojeva, toksičnost metal-živinih spojeva je veća s obzirom na anorgansku živu. Ona je snažan
27
neurotoksin, te se prema njoj treba odnositi s izrazitom pažnjom. Može nastati iz raznih oblika žive djelovanjem bakterija.
Metil -živu u vodenom okolišu prvenstveno nalazimo u ribama i morskim sisavcima. Riba i proizvodi od ribe su glavni, ako ne i jedini izvor metal-žive prisutne u ljudskom tijelu. Visoke koncentracije pronađene su u velikim grabežljivim ribama kao što su morski psi, sabljarke, velike tune, u riječnim ribama poput štuka, brancina, jegulja, i u morskim sisavcima, tuljanima i kitovima. Svaki korak u prehrambenom lancu povećava koncentraciju metal-žive u organizmu (pojava je poznata pod nazivom bioakumulacija), pa tako njezina koncentracija u velikim grabežljivim ribama može dosegnuti razinu milijun puta veću od razine u vodi.
Koncentracija se povećava jer se metal-živa brže akumulira u organizmu nego što se uspije izlučiti. Apsorbira je probavni trakt. Kompleksira se s aminokiselinom cisteinom i proteinima koji sadrže cistein. Cistein sadrži sulfurhidrilne (tiolne) –SH skupine s kojima živa stvara jake kovalentne veze (tzv. tiofilnost). Proteini zaduženi za transport ovaj kompleks prepoznaju kao metionin. Zbog ove mimikrije lako prolazi tijelom i krvotokom dospijeva do mozga, a kod fetusa lako prelazi placentu.
3.3. Olovo
Olovo je hemijski element koji u periodnom sistemu elemenata nosi simbol Pb, atomski (redni) broj mu je 82, a atomska masa mu iznosi 207.2(1).Olovo je poznato od davnih vremena (~ 1000. godine prije Krista). Ime je dobio od latinske riječi plumbum što znači tekuće srebro. To je mekani, mutno sivi metal koji potamni na zraku od stvorenog zaštitnog sloja oksida i karbonata. Otporan je na koroziju, a topljiv je samo u oksidirajućim kiselinama, kao što je nitratna. Netopljiv je u sulfatnoj kiselini do masenog udjela 80% zbog stvaranja netopljivog PbSO4. Olovo je vrlo otrovan metal, naročito opasan zbog svog kumulativnog efekta. Spojevi su mu također otrovni ako se unesu u organizam.
Olovo u vodi za piće potiče iz olovnih vodovodnih cijevi, PVC cijevi koje sadrže olovnu komponentu ili iz česme odnosno kućnih priključaka i armature. Brzina rastvaranja olova iz olovnih cijevi zavisi od: koncentracije hlorida, vrijednosti pH, kisika, temperature, tvrdoće i vremena zadržavanja vode u cijevima. Olovo u vodu može dospjeti iz lemljivih spojeva cijevi, a količina olova u vodi za piće može se smanjiti kontrolom korozije i podešavanjem vrednosti pH vode u sistemu za distribuciju. Istraživanja u Ontariju, Kanada, pokazala su da voda za piće sadrži od 1,1 do 3,7 μg/dm3, a u Glasgovu, Škotska, je recimo koncentracija olova u 40% ispitivanih uzoraka vode dostigla vrijednost od oko 10 μg/dm3.
Najveća upotreba olova je u akumulatorima, utezima na kotačima, streljivu, utezima na udicama, zaštitnim oblogama od vrlo prodornog gama zračenja, a prije se koristilo u proizvodnji vodovodnih i kanalizacijskih cijevi. Koristi se u industriji boja te u naftnoj industriji za dobivanje tetraetil-olova, koji se, nažalost, još uvijek dodaje benzinu kao antidetonator.Najčešće olovne rude su cerusite (PbCO3) i anglesite (PbSO4). Smatra se slabim tehničkim metalom jer ima nisko talište, mekan je i slabo provodi struju. Danas olovo
28
možemo naći skoro svugdje. Olovo ima sposobnost "upijanja" alfa, beta i gama zraka pa se zato koristi kao zaštita protiv radiacije.
Metal sivkasto plave boje, mekan, netopiv u vodi OLOVO – potiče od olovnih cijevi. Olovo je kumulativni otrov koji ozbiljno utječe na centralni nervni sistem. Istraživanja pokazuju da izlaganje olovu može utjecati na inteligenciju, izaziva poremećaje u mentalnom razvoju djece, visoki krvni tlak kod odraslih. Visoke koncentracije olova mogu uzrokovati zatajenje rada bubrega, spontane pobačaje i smrtnost djece.
OLOVO iz vodovodnih cijevi. Do 80-tih godina XX stoljeća upotrebljavale su se većinom olovne instalacije. Olovo u vodi izaziva visoki krvni tlak, probleme u psihičkom i fizičkom razvoju.
Maksimalno dopuštena koncentracija olova u Republici Hrvatskoj po metru kubnom je 0.1mg. Alarmantan je podatak da je tlo sto metara lijevo i desno od autoputa značajno kontaminirano teškim olovom i njegovim solima. Jednostavnom računicom dolazimo do zapanjujućeg broja od 20 hektara zagađenog tla na dionici puta dugoj 1 kilometar. Trovanje olovom nastaje tek nakon dugotrajnog unosa malih količina olova u organizam, vrlo rijetko u obliku akutnog trovanja kada se slučajno unesu velike količine. Olovo se akumulira u organizmu, najviše u kostima gdje ostaje cijeli život. Kada se olovo jednom unese u organizam, više se praktično ne može odstraniti.
Prvi simptomi trovanja pojavljuju se na krvotvornim organima zbog djelovanja olova na enzim koji sudjeluje u sintezi hemoglobina u eritrocitima. Stoga dolazi do anemije uz istodobno pojačano izlučivanje dehidrastaze, te porfirina i željeza mokraćom. Na mjestima gdje nije došlo do izgradnje hemoglobina, u eritrocitima se nalaze karakteristična zrnca (bazofilno punktirani eritrociti, a u perifernoj krvi nailazimo na veliki broj nezrelih eritrocita.
Kada dođe do pune manifestacije trovanja pojavljuju se simptomi i u drugim organskim sistemima. Mučnina, gubitak apetita i kolike s opstipacijom su simptomi crijevnog trovanja. Slabost živaca koji inerviraju ekstenzorne mišiće karakterizira živčani tip trovanja. Kod akutnog trovanja se zbog velikih količina unesenog olova često javlja encefalopatski tip s izraženim glavoboljama, vrtoglavicom, te komom, konvulzijom pa i smrću u teškim slučajevima. Uz već navedeno uslijed trovanja olovom može doći do oštećenja bubrega, te pojave naslaga na zubnom mesu i epifizama.
Liječenje se provodi primjenom soli kelata, koje se hemijskim putem vežu za olovo u spoj koji se može odstraniti iz organizma mokraćom.
U SAD-u i zapadnim zemljama Europe je trovanje olovom prepoznato kao značajan javno zdravstveni problem. Na snazi su zakonski propisi koji definiraju sastav materijala koji se koristi u građevinarstvu, a nerijetko se i ruše zgrade u kojim je zabilježena enormna kontaminacija olovom.
29
Javno zdravstvo, nažalost, nije prepoznalo ovaj problem iako je izloženost olovom vrlo izražena. Nekontrolirani uvoz dječjih igračaka, poprilično stari vozni park, te nedostatak dječjih igrališta našu djecu stavljaju u poziciju najizloženijeg dijela populacije.
Napominjemo da za određivanje olova u tijelu postoji jednostavan test, ali nažalost, sve dok Ministarstvo zdravstva ne donese odluku o nužnosti njegova provođenja ostaje tek na nivou mogućnosti.
4. OSNOVNE METODE I PROCESI PREČIŠĆAVANJA ZAGAĐENIH VODA
Prečišćavanje zagađenih voda može se vršiti:(1) Mehaničkim(2) Biološkim(3) Hemijskim i(4) Fizičko-hemijskim metodama.
4.1. Mehaničko prečišćavanje
Mehaničkim ili fizičkim postupkom prečišćavanja odstranjuju se iz zagađenih voda nerastvorene materije, kao i dio materija u koloidnom stanju. Osnovni zadatak mehaničkog prečišćavanja zagađene vode sastoji se u tome da se onemogući zastoj rada narednih objekata postrojenja, njihovo preopterećenje i niska produktivnost. Kod mehaničkog prečišćavanja razlikujemo preliminarno i primarno prečišćavanje.
4.1.1. Preliminarno prečišćavanje
Kao prvi stadij mehaničkog prečišćavanja, za cilj ima uklanjanje grubih sastojaka koji mogu začepiti ili oštetiti pumpne uređaje, nepovoljno uticati na ostale faze prečišćavanja i narušiti estetski izgled vodnog recipijenta.Preliminarno prečišćavanje podrazumjeva uklanjanje ili redukciju krupnih suspendovanih i plivajućih čvrstih materija (drvo, papir, smeće, izlučevine) sa eventualno potrebnim drobljenjem, zatim uklanjanje težih neorganskih materija (pijesak, šljunak, metalni dijelovi, staklo), kao i uklanjanje prekomjernih količina ulja i masti. Također, u ovoj fazi prečišćavanja vrijednosti BPK snižava se za 5-10%, a suspendovane materije ukljanjaju 10-20%.
30
Za preliminarno prečišćavanje koriste se grube i fine rešetke, kominutori (drobilice), taložnici za pijesak (pijeskolovi), bazeni za prethodnu aeraciju i separatori (odvajači) masti i ulja.Kad se kao recipijent koristi velika rijeka ili otvoreno more, onda je dovoljno izvršiti samo preliminarno prečišćavanje, prije konačne dispozicije efluenta. Ako je recipijent predviđen za kupanje, onda je osim preliminarnog prečišćavanja potrebno izvršiti jos i dezinfekciju efluenta.Raspored za ovu fazu tretmana zagađene vode najčešće je sa slijedećim redoslijedom: rešetka, pumpna stanica, mjerač protoka, taložnik za pijesak, bazen za prethodnu aeraciju, separator masti i ulja.
Rešetke –služe za zadržavanje plivajućih predmeta. Količina otpadaka koji se zadržavaju rešetkama zavisi od vrste zagađene vode i širine otvora među šipkama reštke.
Sita- koja se koriste za prečišćavanje zagađene vode slična su onima za pripremu vode za piće. Na njima se zadržava 6-30l/st/g različitih materijala, prije svega krupnija suspenzija.
Mjerač protoka- na postrojenjima za prečišćavanje postavljaju se radi redovnog praćenja promjene protoka zagađenih voda.
Taložnici za pijesak - služe za izdvajanje težih, uglavnom mineralnih sastojaka (pijesak, pepeo).Lociraju se na svim postrojenjima, bez obzira na to o kakavom se sistemu kanalizacije radi, i to ispred primarnih taložnika.
Bazen za prethodnu aeraciju- prethodna aeracija sastoji se u ubacivanju vazduha u zagađenu vodu u trajanju 20-30 minuta. To se postiže uduvavanjem komprimiranog vazduha u količini, obično 0,75l vazduha na 1l zagađene vode, kod trajanja aeracije od 30 minuta.
Separatori masti i ulja – Male količine masti i ulja, naročito mineralnih, na površini vodotoka sprječavaju difuziju vazduha, pa se smanjuje proces prečišćavanja. Zbog toga se separator masnoća, kao i pjeskolov, postavlja skoro na svakom postrojenju za prečišćavanje zagađenih voda jer se u njima mogu uvijek naći masnoće iz klaonica, fabrika za preradu mesa i ostalih prehrambenih industrija, kao i iz hemijskih i petrohemijskih tvornica, kožara.
4.1.2. Primarno prečišćavanje
Zadatak primarnog prečišćavanja sastoji se u tome da se procesom sedimentacije (taloženja) ukloni iz zagađene vode najveći dio taložljivih čvrstih materija, kao i 40- 60% suspendovanih materija. Taloženje je u stvari osnovni način prečišćavanja zagađenih voda. Temelji se na tome da se zagađeni fluid dovede u bazen u kojem je brzina tečenja smanjena, što omogućava izdvajanje suspendovanih čestica (pomoću gravitacione sile) i njihovo taloženje na dno bazena. Primarnim prečišćavanjem BPK snižava se za oko 35%.
4.2. Biološko prečišćavanje
31
Biološko ili sekundarno prečišćavanje zagađene vode ima za cilj da se u što većoj mjeri uklone biološki razgradive organske materije. Razlog tome je što u nizu slučajeva mehaničkim (preliminarnim i primarnim) prečišćavanjem nismo u stanju zadovoljiti uslove postavljene od vodoprivrede u pogledu zaštite voda od zagađenja, jer dobijeni efluent poslije prvog stepena prečišćavanja još uvijek sadrži veliki dio biološki razgradljivih materija (u rastvorenom i koloidnom obliku) i preveliku količinu suspendovanih materija. U fazi biološkog prečišćavanja, u zavisnosti od efikasnosti pojedinih objekata, moguće je postići sniženje BPK zagađenih voda u granicama 35-95%. Biološki procesi prečišćavanja baziraju se na aerobnoj dekompoziciji ili oksidaciji organskih materija, kao i na anaerobnoj razgradnji.
Objekti u kojima se vrši biološko prečišćavanje su: prokapni biofilteri, objekti sa aktivnim muljem, pješčani filteri (polja filtracije) i stabilizacione lagune (kanali).
4.3. Hemijsko prečišćavanje
Korištenje hemijskih i drugih sličnih postupaka za prečišćavanje zagađenih voda praktikuje se radi povećanja efekta izdvajanja suspendovanih i koloidnih materija, teških metala, fosfora, azota, deterdženata, pesticida.
Pošto sa mehaničkim i biološkim prečišćavanjem nismo u stanju postići kvalitet efluenta u svakoj situaciji, to je potrebno izvršiti i naknadno- tercijarno prečišćavanje, ili zbog uslova recipijenta (malovodni vodotoci, jezera) ili zbog ponovne upotrebe efluenta (irigacije, ribnjaci, voda za hlađenje, popunjenje rezervi podzemnih voda).
Tercijarno prečišćavanje vrši se: kroz brze pješčane filtere, adsorpcijom zagađenja na aktivnom uglju, desorpcijom amonijaka, koagulacijom i flokulacijom, ionskom izmjenom, elektrodijalizom.
U prečišćavanju zagađenih voda koriste se osnovni procesi operacije:(1) Zadržavanje na rešetkama plivajućih čvrstih materija i eventualno njihovo
drobljenje,(2) Taloženje,(3) Koagulacija i flokulacija,(4) Proces biofiltracije,(5) Proces sa aktivnim muljem, dezinfekcija.
Pored osnovnih metoda u prečišćavanju zagađenih voda koriste se i posebne (dopunske) metode kao:
(1) Miješanje i aeracija,(2) Flotacija (separacija masti i ulja)(3) Filtriranje,(4) Sorpcija,(5) Hemijska precipitacija,
32
(6) Reverzna osmoza
4.4. Dezinfekcija vode
Primarnim i sekundarnim metodama prečišćavanja ne mogu se iz zagađene vode potpuno ukloniti sve patogene bakterije koje su u njoj uvijek potencijalno prisutne. Kad efluent treba ispustiti u neku rijeku, koja se koristi ili može biti korištena kao izvorište za snadbijevanje vodom za piće ili u rekreacione svrhe, onda se zahtijeva takav tretman koji ce uništiti patogene organizme i smanjiti opasnost po zdravlje korisnika ovakvog recipijenta. Proces dezinfekcije najčešće je putem hlorisanja, a obavlja se preko kontaktnog bazena. Laboratorijska praksa pokazuje da je dezinfekcija uspješna ako se u efluentu poslije 15 minuta kontakta hlora sa vodom nađe 0,5 mg/l rezidualnog hlora. Količna hlora potrebna da se obezbijedi rezidualni hlor od 0,5mg/l, u većini efluenata primarne sedimentacije kreće se 12-25 mg/l.
Za fekalne vode utvrđeno je da će doze hlora biti dovoljne da se obezbijedi rezidualni hlor potreban za dezinfekciju, samo ako se koriste normativi, inače doza hlora će zavisiti od Ph vrijednosti efluenta, rastvorenih materija, temperature i vremena kontakta.
Tabela 8. Doze hlora za dezinfekciju efluenta
Vrste efluenta Doza hlora(mg/l) (bazirano na sred. dotoku)Efluent poslije primarnog prečišćavanja 20-25Efluent poslije filtera prokapnika 8-15Efluent poslije procesa sa aktivnim muljem 5-8Efluent poslije pješčanog filtera 4-6
Doza 4-6mg/l dovoljna je za spriječavanje neprijatnog mirisa. Normalno je da se počne sa prilično visokom dozom hlora (10mg/l) za brzo uništavanje mirisa, i onda se postepeno doza smanjuje do potrebnog minimuma.
Česta je pojava da zagađena voda postane septična ili izvor smrada na mjestu dotoka u postrojenje za prečišćavanje. Da bi se spriječilo širenje neprijatnog mirisa za vrijeme procesa prečišćavanja, praksa je da se takva zagađena voda hloriše prije dovođenja u primarni sedimentacioni tank. Doza se obično kreće 2-5mg/l. Primjena hlora za dezinfekciju efluenta utiče na smanjenje itenziteta autopurifikacije u recipijentu, što zahtijeva prethodnu analizu ove aktivnosti.
4.5. Metode određivanja i uklanjanja arsena iz vode
33
Osim toksičnosti arsena, u ovom diplomskom radu su opisane najčešće metode određivanja arsena: spektrometrijska sa srebrovim dietiltiokarbonatom i hidridnom tehnikom atomskog apsorpcijskog spektrometra.
Za uklanjanje arsena iz vode za piće primjenjuje se nekoliko metoda:1) koagulacija arsena sa željezovim i aluminijevim solima, 2) membranski procesi (nanofiltracija i reverzna osmoza), 3) absorpcija na aktivnom ugljenu, 4) ionska izmjena i dr.
U radu su prikazane i mogućnosti uklanjanja arsena pomoću kućnih sistema za prečišćavanje vode.
Metode određivanja arsena
Za određivanje arsena u vodi za piće postoji nekoliko metoda od kojih se najčešće koriste sljedeće:
spektrometrijska metoda sa srebrovim dietilditiokarbamatom i borhidridom; pri čemu se arsenit koji ima trovalentni arsen reducira otopinom borhidrida u arsin 3 AsH u području pH 6. Nastali arsin strujom dušika prelazi iz redukcijske boce u skruber gdje se nalazi staklena vuna impregnirana s otopinom olovnog acetata, a nakon toga u apsorpcijsku cijev koja sadrži srebrov dietilditiokarbamat i morfolin otopljene u kloroformu. Pri tome se razvija crvena boja čiji se intenzitet mjeri na 520 nm. Granica detekcije arsena je 1mgL-1 .
spektrometrijska metoda sa srebrovim dietilditiokarbamatom i elementarnim cinkom; nakon redukcije u arsen(III) te redukcije s nascentnim vodikom u kiseloj otopini nastaje plinoviti arsin koji se apsorbira u otopini srebrovog dietilditiokarbamata u kloroformu ili piridinu. Apsorpcija dobivenog crveno ljubičastog kompleksa mjeri se spektrometrijski na valnoj duljini 540 nm. Metodom je moguće odrediti arsen u koncentraciji od 1-100mgL-1 , dok je veće koncentracije moguće odrediti razrjeđenjem uzorka.
atomska apsorpscijska spektrometrijska metoda s borhidridom; nakon oksidacije kiselinom organskih i anorganskih spojeva arsena u arsen(V) izvrši se kvantitativna redukcija As(V) u As(III) pomoću kalijeva jodida ili kositrovog(II) klorida te pomoću cinka i kloridne kiseline u plinoviti arsin. Moguća je I pretvorba arsena u arsin pomoću natrijeva borhidrida u otopini kloridne kiseline. Nastali arsin se odstranjuje iz otopine aeracijom s dušikom u vodikov plamen, gdje se određuje apsorpcijom na 193,7 nm. Ovom metodom moguće je odrediti arsen u koncentraciji od0,1- 20mgL-1 , a opseg detekcije je moguće proširiti razrjeđivanjem uzorka. Osim navedenih klasičnih metoda, za određivanje arsena primjenjuju se i sljedeće suvremene metode: induktivno spregnuta plazma u kombinaciji s masenom spektrometrijom (IPC/MC) s granicom detekcije arsena od1,4mgL-1 ; induktivno spregnuta plazma u kombinaciji s atomskom emisionom spektrometrijom (IPC/AES) s granicom detekcije arsena8mgL-1 ; grafitna termička atomska apsorpcijska spektrometrija s granicom detekcije arsena od 0,5mgL-1 , plinska hidridna atomska apsorpcija s granicom detekcije arsena od0,5mgL-1 , te anodna
34
“stripping” voltametrija s granicom detekcije arsena od 0,1mgL-1 .(Stanić &Kuleš,2005.).
Metode uklanjanja arsena
Za uklanjanje arsena iz vode za piće primjenjuje se nekoliko metoda: 1) ionska izmjena, 2) koagulacija arsena sa željeznim i aluminijevim solima, 3) membranski procesi (nanofiltracija i reverzna osmoza), 4) absorpcija na aktivni ugljen i druge.
Za sve nabrojane tehnike postoje određeni zahtjevi. Operacije koje se provode u svrhu uklanjanja arsena moraju biti bezopasne u odnosu na standarde za vodu za piće, učinkovite, jednostavne i s minimalnom količinom rezidualnog arsena koja mora odgovarati nacionalnom Pravilniku o zdravstvenoj ispravnosti vode za piće. Uspješno uklanjanje arsena iz vode za piće zahtijeva oksidaciju arsena (III) u arsen (V).
Oksidacija se može obaviti na različite načine gdje u obzir treba uzeti da u obradi pitke vode postoji ograničen popis kemikalija zbog zaostatka kemikalija u vodi, oksidacijskih nusprodukata te ostalih oksidacijskih anorganskih i organskih sastojaka vode.
Djelotvorni oksidansi su slobodni klor, hipokloriti, permanganat i vodikov peroksid/ Fe2+ (Fentonov reagens). Najčešće upotrijebljeni oksidansi dosada su kalijev permanganat i Fentonov reagens s taloženjem, koagulacijom i filtracijom. Od taložnih metoda najčešće se primjenjuje metoda koagulacije arsena sa željeznim i aluminijevim solima (3 FeCl i Al SO H O 2 4 3 2 ( )´6 ). Pri kombinaciji ove dvije soli u obradi pitke vode primarno je koaguliranje čestica i koloida u vodi.
Tijekom flokulacije arsen se adsorbira na ione željeza i aluminija koji se talože. Otopljene tvari u vodi kao npr. fosfati, teški metali i huminske tvari također mogu biti adsorbirane na nastali talog i na taj način uklonjene iz vode. Pri optimalnim uvjetima pH i količine željeznih iona, učinak uklanjanja As(V) približava se vrijednosti od 99 %,ukoliko je masena koncentracija arsena u neprerađenoj void od 100 -1000mgL-1 , dok je ista vrijednost za udjel As(III) puno niža, oko 50 do 60 %. Za učinkovitije uklanjanje arsena potrebno je izvršiti predtretman s oksidansom koji oksidira As(III) u As(V) i povećava učinak željeznog klorida u koagulaciji i količinu uklonjenog arsena. Aluminijeve soli manje su učinkovite pri istim pH vrijednostima u odnosu na željezne soli. Količina uklonjenog arsena pri jednakim uvjetima je oko 80 do 90 %.
Nastali talog uklanja se na pješčanim filtrima. Ispitivanjem je dokazano da prirodne organske tvari u vodi mogu smanjiti učinkovitost uklanjanja arsena. Nedostatak te metode je flokulacijom nastali mulj s visokim udjelom arsena (oko 10 %) koji treba odvojiti kao toksični otpad.
35
Uklanjanje arsena pomoću željeznog hidroksida kombinirana je absorpcijsko taložna metoda koju je uzorno razvila njemačka tvrtka GEH Wasserchemie GmbH & Co proizvodnjom granuliranog željeznog hidroksida registriranog pod komercijalnim imenom GEH®. Medij je posebno razvijen za uklanjanje tragova različitih elemenata, među kojima i arsena. Prednost metode je učinkovito uklanjanje arsena(III) kao i arsena(V) uz optimalnu pH vrijednost bez upotrebe drugih hemikalija. Od absorpcijskih metoda, uklanjanje arsena moguće je upotrebom aktivnog ugljena. Učinkovitost metode ovisi o nekoliko veličina: pH vrijednosti, vrsti aktivnog ugljena kao i ukupnoj koncentraciji arsena u vodi.
Najučinkovitije su dvije vrste aktivnog ugljena pod komercijalnim imenom D-X I D-XI, uz pH 4–5. Adsorpcijski mehanizam temelji se na nastajanju specifičnih hemijskih veza. Koncentracija zaostalog arsena u vodi nakon prolaska kroz aktivni ugljen je oko 10mgL-1 . Na postupak izrazito utječe prisutnost dvovalentnog željeza koje povećava udjel uklonjenog arsena. Regeneracija aktivnog ugljena moguća je jakim kiselinama ili jakim lužinama.
Nedostatak ove metode je relativno nizak kapacitet. Ionska izmjena je metoda kojom se učinkovito uklanja arsen(V) anionskom izmjenom na smoli izmjenjivača, pri srednjoj vrijednosti pH, dok arsen(III) prolazi kroz kolonu. Postupak je moguće primjenjivati i u slučaju analize arsena(III) i arsena(V).
Smolu zasićenu arsenom moguće je regenerirati pomoću kloridne kiseline. Posebnom vrstom izmjenjivačke smole zasićene željezovim ionima moguće je učinkovito uklanjanje obje vrste arsena, ali pri različitim pH vrijednostima i to za arsen(V) pH od 3–6, dok je za arsen(III) pH od 8–9. Nedostatak metode je otpadna voda s visokim udjelom arsena koja u obliku otpadne vode završi u okolišu. Uspješna primjena membranskih metoda pri uklanjanju arsena ovisi o pravilnom izboru membrane koja mora odgovarati karakteristikama vode koja se obrađuje, obliku u kojem arsen dolazi (As(III) ili As(V); otopljen ili zasebno, te prisutnosti organske i anorganske tvari. Pri uklanjanju arsena(III) i arsena(V) pogodne su dvije metode i to reverzna osmoza (RO) i nanofiltracija (NF) uz prethodnu oksidaciju.
Obje metode su jednako učinkovite pri uklanjanju arsena(V), oko 95 %, dok se arsen(III) uklanja RO oko 87 %, a NF od 40 do 74 %, na to utječe veličina i naboj molekula te brzina protjecanja vode kroz sistem.
Kružni sistemi za dodatno prečišćavanje vode nazivaju se i sistemi za prečišćavanje vode na mjestu potrošnje. Najčešći kućni sistemi koji se primjenjuju na bazi su reverzne osmoze ili granuliranog aktivnog ugljena. Ispitivanja koja su provedena s vodom vodoopskrbnog sistema grada, gdje je početna koncentracija arsena bila 60mgL-1 , primjenom filtra s granuliranim ugljenom tvrtke “Univesal Aqua Technologies, Inc.” veličine 10”, s predfiltrom od 5mm, kao i kućni sistem za prečišćavanje na bazi reverzne osmoze koji sadrži 5 filtracijskih stupnjeva MULTIPLEX/ BP/5TM, pokazuju da se dio organskih tvari i arsena može ukloniti iz vode za piće. (Stanić & Kuleš,2005.).
36
5. Primjer distribucije vode javnog vodovoda
U 2010. bilo je 570 942 000 m3 ukupno zahvaćenih i preuzetih količina vode. Iz podzemnih je izvorišta bilo zahvaćeno 296 784 000 m3, iz izvora 175 195 000 m3, iz vodotoka 43 699 000 m3, iz akumulacije 1 934 000 m3, iz jezera 11 402 000 m3, a preuzete vode iz drugih vodovodnih sistema bilo je 41 928 000 m3.
U odnosu na 2009., iskazane vrijednosti u 2010. za ukupno zahvaćene vode bile su veće za 3%, a za preuzete vode bile su veće za 97%.
U 2010. količina ukupno isporučene vode iz javnog vodovoda iznosila je 308 239 000 m3, što je za 5% manje u odnosu na 2009. U strukturi potrošnje vode najveći su potrošač bila kućanstva, koja su u 2009. utrošila 189 332 000 m3 ili 62% količine ukupno isporučene vode iz javnog vodovoda. U javnom vodovodu i dalje su bili veliki gubici vode koji su u 2010. iznosili 205 661 000 m3 ili 66% količine ukupno isporučene vode.
U 2010. broj naselja obuhvaćenih mrežom javnog vodovoda ostao je isti. Broj naselja obuhvaćenih vodovodnom mrežom iznosio je 2 479.
Ukupna dužina razvodne mreže iznosila je 35 919 km. Bilo je 1 200 752 vodovodnih priključaka. Broj uličnih hidranata bio je veći za 3% i iznosio je 109 388. Broj javnih crpki (535) bio je veći za 2% u odnosu na 2009. Ukupan broj rezervoara iznosio je 1 364, što je za 3% više nego u 2009.
U 2010. bilo je 1 274 crpnih postrojenja što je za 2% više nego u 2009., a broj uređaja za pripremu vode (124) ostao je isti.
U 2010. u odnosu na 2009. povećao se broj uređaja za popravljanje kvalitete vode za piće (klorinatori 1%, ostali uređaji 5%), dok je broj taložnika, filtara i deferizatora ostao isti.
Tabela 9. Opskrba vodom u javnom vodovodu prema vrsti izvora
2009. 2010.
IndeksiIndices2010.2009.
Ukupno 555 072 570 942 103
Zahvaćene količine vode
533 774 529 014 99
Podzemna voda 281 858 296 784 105Izvor 192 749 175 195 91
37
Vodotok 45 246 43 699 97Akumulacija vode 2 024 1 934 96
Jezero 11 897 11 402 96
Preuzeta voda iz drugih vodovodnih
sustava
21 298 41 928 197
Tabela 10. Isporučene vode iz javnog vodovoda
Volume of water distributed from public water supply
2009. 2010.
Indeksi
2010.2009.
Isporučeno vode – ukupno
324 781 308 239 95
38
Prodana voda
Kućanstvima 127 033 189 332 149
Privredi – ukupno1) 145 590 118 907 82
Distribuirana nenaplaćena voda
20 557 22 323 109
Drugim vodovodnim sistemima
31 601 34 719 110
Ukupni gubici vode 200 056 205 661 103
TABELA 11. VODOVODNA MREŽA I UREĐAJIWATER MAIN NETWORK AND FACILITIES
2009. 2010.
Indeksi2010.2009.
Naselja obuhvaćena mrežom javnog
2 479 2 479 100
39
vodovoda
Ukupna duljina vodovodne mreže, km
35 919 35 919 100
Vodovodni priključci 1 146 088
1 200 752
105
Ulični hidranti 106 494
109 388
103
Javne crpke 523 535 102
Rezervoari 1 321 1 364 103
ZAKLJUČAK
Prirodni okoliš ima ograničene resurse kojima je nužna čovjekova zaštita.
40
Ugrožavanje prirode nije samo umanjivanje ljepote nekog krajolika, nego izravna prijetnja samom životu.
Iz priče o teškim metalima sasvim je jasno da smo na neki način stalno i fatalno izloženi djelovanju različitih faktora ekološkog onečišćenja. Naravno da radnik u hemijskoj industriji može izabrati drugi poziv, kao što možemo promijeniti namještaj ili ukloniti šperploče iz stana. Uprkos tome još uvijek ćemo biti izloženi štetnim elementima iz tepiha ili tepisona koji su impregnirani s ciljem zaštite od moljaca, ili iz naše garderobe izrađene od pamuka koji je obrađivan pesticidima. Lista je i šira ukoliko pročitamo tvari koje se nalaze u sastavu kozmetičkih sredstava ili ljepila. Ove tvari kada jednom dospiju u naš organizam, talože se u masnom tkivu, kao i jetri, bubrezima i mozgu, a odatle ispoljavaju djelovanje na biohemijske i hormonske procese, kao što su metabolizam i rast stanica, te plodnost.
Teški metali i pesticidi u pitkoj vodi pojavljuju se u zadnje vrijeme, a dolaze od industrijskog zagađenja. Pitka voda sadrži ih u vrlo malim količinama koje su dozvoljene važećim propisima. No kako je naše znanje o svim štetnim utjecajima tih tvari još nepotpuno, mnogi smatraju da je i ta, mala, količina štetnih tvari potencijalno opasna.
Dosadašnja eksperimentalna istraživanja na životinjama i epidemiološke studije na humanoj populaciji su dokazala toksična i kancerogena svojstva arsena.
Prema klasifikaciji IARC neorganski trovalentni arsen je svrstan u grupu I (dokazano kancerogen za čovjeka), dok su petovalentni neorganski arsen i organski arsen, kao i njihova jedinjenja svrstani u toksične supstancije.
Hronično izlaganje arsenu dovodi najčešće do tumora i gangrene. Najbolji način za finalnu dispoziciju arsena je njegovo vraćanje u prvobitni oblik minerala.
Mehaničke nečistoće iz vode uspješno se otklanjaju mrežastim metalnim filterima koji se povremeno ispiru suprotnim smjerom strujanja vode. Takvi filtri su često sastavni dio filtersko-redukcione grupe koja, također, sadrži podesivi regulator tlaka vode radi sprečavanja povremenih prekoračenja tlaka i time oštećenja priključenih uređaja.
U našim krajevima je voda vrlo često između 18 i 22°dH.Tvrda voda izaziva probleme zbog taloženja u instalaciji i uređajima, naročito na grijačima raznih uređaja, kotlovima za vodu, perilicama rublja, posuđa, aparatima za pripremanje kafe, čaja i drugih vrućih napitaka, na ledomatima i sl.
Kamenac izaziva začepljenje tuševa i taloženje na sanitarijama što je estetski problem, ali tehnički gledano manji problem od taloženja na grijačima. Kako kamenac slabo vodi toplinu, grijači obloženi kamencem znatno slabije griju vodu, a troše mnogo više energije za vlastito zagrijavanje na višu temperaturu, pa zbog više temperature imaju puno kraći vijek trajanja.
41
U vodi i tlu, topivost arsena ne ovisi samo o redoks uvjetima nego i o dostupnim sorbentima, kao što su hidroksidi Fe(III) i Mn(IV), ali i o samim mineralima arsena.Zadržavanje arsena u tlu ovisi o fizčko-kemijskim svojstvima tla, prirodi i količini kristalinih i amorfnih oksida željeza i aluminija te o sadržaju glina i kalcija. Govoreći općenito, arsen(V) se bolje sorbira od As(III) u istim uvjetima. Biodostupnost arsena i procesi transporta ovise o procesu desorpcije koja je uglavnom spora uz pojavu histereze. Od liganada koji mogu uzrokovati desorpciju arsena(V) s površine čestica tla, fosfatni ion je mnogo učinkovitiji od sulfata. Najučinkovitiji ligand za uklanjanje arsena s površine goethita je hidroksilni ion.
LITERATURA:
42
1. http://www.dzs.hr/Hrv_Eng/publication/2011/06-01-05_01_2011.htm
2. Bogunović M., Vidaček Ž., Husnjak S., Bensa A., Sraka M., Vrhovec D. (2007): Vrjednovanje tala Splitko-dalmatinske županije za potrebe natapanja. Aronomski glasnik, 2, 103-118.
3. Rajković, M.B.: Neke neorganske supstance koje se mogu naći u vodi za piće i posledice po zdravlje ljudi, Hemijska industrija, 57(1) s. 24-34, 2003.
4. Grdenić, D.: Živa, Tehnička enciklopedija,ur. XXX, 1987.
5. Emsley, J.: Vodič kroz elemente, Izvori, Zagreb,2005.
6. Raos, N.: Metali života - metali smrti, Školskaknjiga, Zagreb, 2008.
7. Springer, O. P., Springer, D.: Otrovani modrozeleniplanet, priručnik iz ekologije, Meridijani, Zagreb, 2008.
8. Munir, B. Jahić.: Prečišćavanje zagađenih voda, drugo izdanje, grafičar Bihać,2011
POPIS SLIKA:
Broj slike Strana Opis slike
43
Slika 1. 6 Sastav vodeSlika 2. 12 Izvori zagađenja podzemnih vodaSlika 3. 18 Uticaj prirodnih varijabilnosti koncentracije tvari na kvalitet
podzemne vodeSlika 4. 19 Primjer određivanja baznih vrijednosti primjenom statističke
metode
POPIS TABLICA:
Broj tabele Strana OpisTabela 1 14 Mikrobiološki pokazateljiTabela 2 15 Kemijski pokazateljiTabela 3 16 RadioaktivnostTabela 4 17 Najveća dopuštena količina ostataka nakon obrade
obogaćenim ozonomTabela 5 22 Grane industrije koje emituju teške metaleTabela 6 22 Dopuštene koncentracije teških metala u vodi za pićeTabela 7 25 Živa u okolišuTabela 8 31 Doza flora za dezinfekciju fluenataTabela 9 36 Opskrba vodom u Javnom vodovodu po vrsti izvoraTabela 10 37 Isporučene vodeTabela 11 38 Vodovodna mreža i uređaji
44
