Chrom (Cr) i woda

Chrom w wodzie: specjacja, zachowanie w środowisku i uzdatnianie

Chrom występuje w wodzie głównie jako chrom trójwartościowy, Cr(III), lub chrom sześciowartościowy, Cr(VI). Formy te różnią się rozpuszczalnością, mobilnością i toksycznością. Właściwości chemiczne wody — zwłaszcza pH, warunki redoks oraz obecność żelaza, manganu, materii organicznej i innych jonów — decydują o tym, jakie formy są obecne.

Jak chrom przedostaje się do wody?

Chrom występuje naturalnie w minerałach takich jak chromit i może przedostawać się do wody w wyniku wietrzenia skał i gleb. Do źródeł przemysłowych mogą należeć obróbka powierzchniowa metali, produkcja stali nierdzewnej, garbowanie skór, pigmenty i inne rodzaje działalności produkcyjnej. Uwolnienia do środowiska mogą następować wskutek zrzutów ścieków, wycieków lub niewłaściwego gospodarowania odpadami. Źródło i formę chromu należy ustalić na podstawie próbek pobranych w danej lokalizacji, zamiast wnioskować o nich wyłącznie na podstawie zawartości chromu ogólnego.

Jak chrom reaguje z wodą?

Chrom metaliczny w postaci litej nie reaguje łatwo z ciekłą wodą w temperaturze pokojowej, ponieważ na jego powierzchni tworzy się cienka, ochronna warstwa tlenkowa. W wodach naturalnych i uzdatnionych chrom częściej występuje w postaci związków rozpuszczonych lub związanych z cząstkami. Jego forma chemiczna może zmieniać się w wyniku reakcji utleniania i redukcji.

Rozpuszczalność i specjacja

Cr(III) jest na ogół mniej rozpuszczalny niż Cr(VI). W zależności od pH i rozpuszczonych ligandów Cr(III) może występować jako rozpuszczone kationy lub kompleksy, adsorbować się na powierzchniach minerałów albo tworzyć słabo rozpuszczalne wodorotlenki w fazie stałej. Wiele związków Cr(III) jest trudno rozpuszczalnych, choć niektóre sole są rozpuszczalne.

Cr(VI) występuje zwykle w postaci oksyanionów: wodorochromianowego (HCrO₄⁻) i chromianowego (CrO₄²⁻); ich względne udziały zależą głównie od pH i stężenia. Wiele chromianów metali alkalicznych jest rozpuszczalnych. Cr(VI) może zatem wykazywać większą mobilność w wodzie niż Cr(III), chociaż adsorpcja na tlenkach żelaza i glinu oraz inne oddziaływania związane z właściwościami chemicznymi wody mogą wpływać na jego transport. Nie istnieje jedna forma chemiczna chromu reprezentatywna dla wszystkich wód naturalnych.

Zachowanie w środowisku

Warunki redoks i reaktywne powierzchnie wpływają na specjację chromu. Materia organiczna, siarczki i żelazo(II) mogą redukować Cr(VI) do Cr(III), którego mobilność często zmniejsza się wskutek sorpcji lub wytrącania. W niektórych warunkach tlenki manganu mogą utleniać Cr(III) do Cr(VI). Same warunki tlenowe nie przesądzają o wyniku tych przemian; znaczenie mają również skład mineralogiczny, pH, czas reakcji i właściwości chemiczne wody.

Aspekty zdrowotne

Wpływ na zdrowie zależy od stopnia utlenienia chromu, rodzaju związku, stężenia oraz czasu trwania i drogi narażenia. Związki Cr(VI) są uznawane za rakotwórcze dla ludzi przy narażeniu drogą inhalacyjną; dowody na występowanie nowotworów u ludzi wskutek narażenia drogą doustną poprzez wodę do picia są mniej jednoznaczne, a ocena WHO dotycząca wody do picia uwzględnia również badania na zwierzętach i skutki inne niż nowotworowe. Cr(III) jest na ogół mniej toksyczny niż Cr(VI). Rola Cr(III) w żywieniu człowieka pozostaje niepewna i nie ustalono klinicznie zdefiniowanego stanu niedoboru chromu.

Wartości zalecane dla wody do picia

Aktualna wartość zalecana przez WHO dla chromu ogólnego w wodzie do picia wynosi 0,05 mg/L (50 µg/L). Prawne wartości graniczne zależą od jurysdykcji. Na przykład obecnie obowiązujący w USA federalny maksymalny dopuszczalny poziom zanieczyszczenia wynosi 0,1 mg/L dla chromu ogólnego. Zgodnie z unijną dyrektywą w sprawie wody pitnej wartość parametryczna wynosi 50 µg/L do 12 stycznia 2036 r., a po tej dacie — 25 µg/L. Należy zawsze sprawdzać wymagania obowiązujące w miejscu, w którym znajduje się instalacja; wartość zalecana nie zastępuje oceny ryzyka dla konkretnej lokalizacji.

Jakie technologie uzdatniania wody mogą usuwać chrom?

Dobór technologii zależy od tego, czy chrom występuje jako Cr(III), Cr(VI), czy w obu tych formach, a także od pH, obecności jonów konkurencyjnych, zawiesin oraz wymaganej jakości wody uzdatnionej. Reprezentatywna analiza wody powinna obejmować oznaczenie chromu ogólnego oraz, w stosownych przypadkach, jego form chemicznych.

Cr(III): można rozważyć korektę pH, a następnie wytrącanie wodorotlenków i oddzielanie fazy stałej. Koagulacja i filtracja mogą również usuwać Cr(III) związany z cząstkami lub wytrącony.
Cr(VI): wymiana anionowa lub odpowiednie złoża adsorpcyjne mogą usuwać formy chromianowe. Innym rozwiązaniem jest chemiczna redukcja Cr(VI) do Cr(III), a następnie wytrącanie i filtracja.
Uzdatnianie membranowe: odwrócona osmoza i nanofiltracja mogą zmniejszać zawartość chromu, przy czym skuteczność zależy od specjacji, doboru membran i warunków eksploatacji.

Proces usuwania chromu należy zaprojektować z uwzględnieniem matrycy wodnej i zweryfikować za pomocą badań. Lenntech udostępnia również informacje na temat metod usuwania metali ciężkich.