Arsen (As) i woda

Arsen jest pierwiastkiem występującym naturalnie, który może rozpuszczać się w wodach podziemnych. Jego stężenie i postać chemiczna zależą od lokalnej budowy geologicznej oraz warunków panujących w wodzie, dlatego decyzje dotyczące badań i uzdatniania powinny opierać się na analizie wody.

Występowanie arsenu w wodzie

Arsen może przedostawać się do wody w wyniku wietrzenia lub rozpuszczania minerałów obecnych w skałach i glebach. W niektórych warstwach wodonośnych występują naturalnie podwyższone stężenia arsenu; górnictwo, hutnictwo i inne rodzaje działalności przemysłowej również mogą przyczyniać się do lokalnego zanieczyszczenia. W natlenionej wodzie arsen występuje zwykle w postaci arsenianów, As(V). W warunkach redukujących mogą przeważać arseniny, As(III). Równowaga między tymi postaciami zależy częściowo od warunków redoks i pH.

Przy pH typowym dla wód podziemnych arseniany występują zazwyczaj jako jony o ładunku ujemnym, natomiast arseniny często występują głównie w postaci elektrycznie obojętnego kwasu arsenawego (H₃AsO₃). Różnice te są istotne, ponieważ procesy uzdatniania nie usuwają wszystkich postaci arsenu z jednakową skutecznością. Arsen może wiązać się z cząstkami tlenków żelaza i glinu oraz przechodzić do osadów; zmiany składu chemicznego wody mogą wpływać na to, czy pozostaje związany, czy powraca do wody.

Arsen pierwiastkowy słabo rozpuszcza się w wodzie. W wodach naturalnych problem dotyczy przede wszystkim rozpuszczonych związków arsenu, a nie bezpośredniej reakcji arsenu pierwiastkowego z wodą.

Wpływ na zdrowie i zalecenia dotyczące wody pitnej

Długotrwałe narażenie na arsen nieorganiczny, zwłaszcza za pośrednictwem wody pitnej i żywności przygotowywanej z użyciem zanieczyszczonej wody, może powodować poważne skutki zdrowotne. Światowa Organizacja Zdrowia wymienia zmiany skórne i uszkodzenia skóry wśród charakterystycznych skutków przewlekłego narażenia, a arsen nieorganiczny jest substancją o potwierdzonym działaniu rakotwórczym u ludzi. Długotrwałe narażenie wiązano również z chorobami układu sercowo-naczyniowego, cukrzycą i wpływem na rozwój. Organiczne związki arsenu występujące w niektórych produktach żywnościowych pochodzenia morskiego są na ogół mniej szkodliwe niż formy nieorganiczne.

Tymczasowa wartość zalecana przez WHO dla arsenu w wodzie pitnej wynosi 10 µg/L. Jest to międzynarodowe zalecenie oparte na przesłankach zdrowotnych, a nie jednolity prawny limit obowiązujący we wszystkich krajach. Lokalne przepisy mogą się różnić. WHO zaleca utrzymywanie stężeń na możliwie najniższym poziomie, jaki można racjonalnie osiągnąć, oraz poniżej wartości zalecanej, jeśli pozwalają na to dostępne zasoby.

Nie wykazano, że arsen jest niezbędny dla człowieka. Aby określić stężenie arsenu w wodzie, należy poddać jej próbkę analizie; smak, zapach i wygląd nie mogą służyć do oceny zawartości arsenu.

Usuwanie arsenu z wody

Dostępne metody uzdatniania obejmują utlenianie, po którym następuje koagulacja z użyciem żelaza lub strącanie oraz filtracja, stosowanie złóż adsorpcyjnych na bazie żelaza, wymianę anionową i procesy membranowe, takie jak odwrócona osmoza. Dobór odpowiedniego procesu zależy od składu wody surowej, wymaganej jakości wody uzdatnionej, warunków eksploatacji i sposobu zagospodarowania pozostałości z uzdatniania.

Specjacja może wpływać na skuteczność procesu. Na przykład w przypadku kilku powszechnie stosowanych procesów uzdatniania As(III) jest często trudniejszy do usunięcia niż As(V), dlatego utlenianie As(III) do As(V) może być stosowane jako etap wstępny uzdatniania. W zależności od wybranego procesu na usuwanie arsenu mogą również wpływać pH i substancje konkurujące, takie jak fosforany, krzemionka lub siarczany. Badania pilotażowe lub badania podatności wody na uzdatnianie oraz monitorowanie są ważne podczas opracowywania projektu instalacji uzdatniania.

Arsen usuwany z wody nie ulega zniszczeniu, lecz jest przenoszony do strumienia pozostałości z uzdatniania. W zależności od procesu mogą to być osady, zużyty adsorbent, roztwór regeneracyjny lub koncentrat membranowy; wymagają one odpowiedniego postępowania i unieszkodliwiania zgodnie z obowiązującymi wymaganiami.

Usuwanie arsenu z wody