Cynk (Zn) i woda

Cynk (Zn) i woda: występowanie, właściwości chemiczne i uzdatnianie

Cynk występuje naturalnie w skałach i wodzie, a do wody pitnej może również przedostawać się wskutek korozji ocynkowanych rur i elementów instalacji. Cynk jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym, jednak właściwości chemiczne wody decydują o jego mobilności oraz o tym, czy wpływa on na smak, organizmy wodne lub skuteczność uzdatniania.

Pasek cynku w zlewce obok urządzeń do uzdatniania wody i tabletu z grafiką dotyczącą cynku i wody. — Ilustracja przedstawiająca cynk i uzdatnianie wody. Równanie pokazane na grafice jest schematyczne; cynk zwykle nie reaguje z zimną wodą w stanie ciekłym.

Czy cynk metaliczny reaguje z wodą?

Cynk metaliczny zwykle nie reaguje z zimną wodą w stanie ciekłym. Cienka warstwa na jego powierzchni pomaga chronić go przed dalszą reakcją. W wysokiej temperaturze cynk reaguje z parą wodną, tworząc tlenek cynku i gazowy wodór:

Zn(s) + H₂O(g) → ZnO(s) + H₂(g)

Ta reakcja metalu różni się od zachowania rozpuszczonego cynku w wodach naturalnych, gdzie cynk występuje jako cynk(II) i związane z nim formy rozpuszczone lub cząstkowe.

Jak cynk dostaje się do wody?

Cynk występuje w wielu skałach i rudach, często w minerałach siarczkowych, takich jak sfaleryt (ZnS). Wietrzenie i wymywanie mogą uwalniać cynk do wód powierzchniowych i podziemnych. Górnictwo i przetwórstwo metali, zrzuty ścieków przemysłowych oraz korozja ocynkowanych przewodów wodociągowych i elementów instalacji również mogą zwiększać jego stężenie.

Światowa Organizacja Zdrowia podaje, że stężenia cynku w wodach powierzchniowych i podziemnych zwykle nie przekraczają odpowiednio około 0,01 mg/L i 0,05 mg/L. Stężenia w wodzie z kranu mogą być wyższe, gdy cynk rozpuszcza się z materiałów instalacji wodociągowej. Są to typowe obserwowane wartości, a nie uniwersalne wartości graniczne; znaczenie mają lokalne warunki geologiczne, właściwości chemiczne wody i infrastruktura.

Związki cynku i rozpuszczalność w wodzie

Cynk występuje zwykle na +2 stopniu utlenienia. W wodzie może występować w postaci uwodnionych jonów Zn²⁺, rozpuszczonych kompleksów lub w powiązaniu z cząstkami zawiesiny i osadami. Jego rozkład między tymi formami zależy od pH, zasadowości, rozpuszczonej materii organicznej i innych składników wody.

Chlorek cynku i siarczan cynku są łatwo rozpuszczalne. Węglan cynku, tlenek cynku i siarczek cynku są znacznie słabiej rozpuszczalne. Zmiany pH i równowag węglanowych mogą zatem wpływać na to, czy cynk pozostaje rozpuszczony, wiąże się z cząstkami czy tworzy fazę stałą. Przy bardzo wysokim pH istotne mogą stać się również rozpuszczone kompleksy hydrokso cynku.

Aspekty środowiskowe i zdrowotne

Cynk jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym dla ludzi, roślin i zwierząt. Jednak zbyt wysokie stężenia mogą wpływać na organizmy wodne; oddziaływanie zależy od stężenia rozpuszczonego cynku i właściwości chemicznych wody odbiornika. Sam pomiar cynku całkowitego może nie odzwierciedlać jego biodostępności.

WHO nie ustaliła wartości zalecanej opartej na kryteriach zdrowotnych dla cynku w wodzie pitnej przy zwykle występujących stężeniach. Przy wyższych stężeniach cynk może wpływać na smak i wygląd wody; WHO wskazuje, że stężenia powyżej około 3 mg/L mogą być nieakceptowalne dla konsumentów. Podwyższone stężenie cynku w wodzie z kranu może wskazywać na korozję ocynkowanej instalacji wodociągowej, dlatego należy zbadać jego źródło, zamiast zakładać, że przyczyna leży w zakładzie uzdatniania wody.

Jak można ograniczać zawartość cynku lub go usuwać?

Właściwe postępowanie zależy od tego, czy cynk pochodzi z wody surowej, procesu uzdatniania czy instalacji rozprowadzającej wodę. Gdy korozja powoduje uwalnianie cynku z rur, kontrola korozji może ograniczyć uwalnianie metalu; nie usuwa jednak cynku już obecnego w wodzie surowej.

W przypadku cynku w wodzie surowej możliwe metody uzdatniania obejmują korektę pH i strącanie, po których następuje sedymentacja lub filtracja, koagulację i filtrację, wymianę jonową lub odwróconą osmozę. Skuteczność zależy od form chemicznych cynku i pozostałych właściwości chemicznych wody, dlatego dobór procesu powinien opierać się na analizie wody i wymaganej jakości wody uzdatnionej. Sama zwykła filtracja piaskowa nie zapewnia niezawodnego usuwania rozpuszczonych jonów cynku.

Przeczytaj więcej o koagulacji i flokulacji, wymianie jonowej i odwróconej osmozie.