VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN

Název OdstraĖování olova i jiných kovĤ z vody

Bc. Lucie Šopíková

VYSOKÉ UýENÍ TECHNICKÉ V BRNċ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV VODNÍHO HOSPODÁěSTVÍ OBCÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF MUNICIPAL WATER MANAGEMENT

ODSTRAĕOVÁNÍ OLOVA I JINÝCH KOVģ Z VODY TROUBLE LEAD AND OTHER METALS FROM WATER

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER´S THESIS

AUTOR PRÁCE


AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2014

Ing. RENATA BIELA, Ph.D.


ZADÁNÍ VŠKP Originál je souþástí tištČné verze diplomové práce.




ABSTRAKT A KLÍýOVÁ SLOVA Tato práce je rozdČlena na tĜi þásti. V první þásti jsou popsány kovy a polokovy, které se vyskytují ve vodách. Ke každému prvku je pĜiĜazen popis jeho vlastností a jeho chování ve vodČ, dále je uveden základní popis jeho výskytu v prostĜedí a také využití daného prvku. V druhé þásti práce budou uvedeny zpĤsoby jak se dají odstraĖovat kovy a polokovy z vody. V rámci této þásti nalezneme zmínku o chemických, mechanických a biologických zpĤsobech, kterými lze odstraĖovat kovy z vody. TĜetí þást je zamČĜena na praktický experiment filtrace zneþištČné vody pĜes filtraþní materiály. Experiment byl provádČn v laboratoĜi, která se nachází na FakultČ stavební VUT v BrnČ na Ústavu vodního hospodáĜství obcí.

ABSTRACT This work covers the topic of metals and semimetals in water. It is divided into three parts. First, each element is characterized by its properties and behavior in water. Incidence in the environment, utilization and effects of intake on human body are described for each element. Second, means of elimination from water are introduced. Different chemical, mechanical and biological methods are discussed. In greater detail, precipitate method, cementation, electrochemical processes, sorption and biosorption are reviewed. Third, hands-on filtration experiment of polluted water with the help of different filtration materials is included. This experiment was done in a laboratory belonging to the Institute of Municipal Water Management, Faculty of Civil Engineering, Brno University of Technology.

KLÍýOVÁ SLOVA: Úprava vody, pitní voda, kovy, polokovy, filtraþní materiál rozbory vody, olovo.

KEYWORDS: Water treatment, drinking water, metals, metalloid, filter material, water analysis, lead.



BIBLIOGRAFICKÁ CITACE VŠKP ŠOPÍKOVÁ, Lucie. OdstraĖování olova i jiných kovĤ z vody. Brno, 2015. 70., Diplomovéé práce. Vysoké uþení technické v BrnČ, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodáĜství obcí. Vedoucí práce Ing. Renata Biela, Ph.D



PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma OdstraĖování olova i jiných kovĤ z vody vypracovala samostatnČ s použitím odborné literatury a pramenĤ, uvedených na seznamu, který tvoĜí pĜílohu této práce. Datum: 12. 1. 2015

…………………………………. Lucie Šopíková



PODċKOVÁNÍ DČkuji tímto zpĤsobem Ing. RenatČ Biele, Ph.D za cenné pĜipomínky a rady pĜi vypracování diplomové práce. Dále dČkuji rodiþĤm za podporu pĜi studiu.

OBSAH 1

ÚVOD ...........................................................................................................4

2

KOVY VE VODÁCH .....................................................................................6

2.1

StĜíbro ................................................................................................................................................. 6 2.1.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ....................................................................... 6 2.1.2 PĜíjem a chování v organismu .................................................................................................. 7

2.2

Hliník .................................................................................................................................................. 7 2.2.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ....................................................................... 7 2.2.2 PĜíjem a chování v organismu .................................................................................................. 8

2.3

Arzen................................................................................................................................................... 9 2.3.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ....................................................................... 9 2.3.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 10

2.4

Bor..................................................................................................................................................... 10 2.4.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 10 2.4.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 11

2.5

Báryum ............................................................................................................................................. 11 2.5.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 11 2.5.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 12

2.6

Berylium ........................................................................................................................................... 12 2.6.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 12 2.6.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 13

2.7

Vápník............................................................................................................................................... 13 2.7.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 13 2.7.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 14

2.8

Kadmium .......................................................................................................................................... 15 2.8.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 15 2.8.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 15

2.9

Kobalt................................................................................................................................................ 15 2.9.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 15 2.9.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 16

2.10 Chrom.......................................................................................................................................... 16 2.10.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 16 2.10.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 17 2.11 MČć ............................................................................................................................................. 17 2.11.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 17 2.11.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 18 2.12 Železo........................................................................................................................................... 18 2.12.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 18 2.12.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 19 2.13 RtuĢ ............................................................................................................................................. 20 2.13.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 20

1


2.13.2


PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 20

2.14 Draslík ......................................................................................................................................... 21 2.14.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 21 2.14.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 21 2.15 HoĜþík.......................................................................................................................................... 22 2.15.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 22 2.15.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 22 2.16 Mangan........................................................................................................................................ 22 2.16.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 22 2.16.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 23 2.17 Molybden .................................................................................................................................... 24 2.17.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 24 2.17.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 24 2.18 Sodík ............................................................................................................................................ 25 2.18.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 25 2.18.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 25 2.19 Nikl .............................................................................................................................................. 26 2.19.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 26 2.19.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 27 2.20 Olovo............................................................................................................................................ 27 2.20.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 27 2.20.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 28 2.21 Cín ............................................................................................................................................... 28 2.21.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 28 2.21.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 29 2.22 Selen............................................................................................................................................. 29 2.22.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 29 2.22.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 30 2.23 Uran............................................................................................................................................. 30 2.23.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 30 2.23.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 31 2.24 Vanad .......................................................................................................................................... 31 2.24.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 31 2.24.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 32 2.25 Zinek............................................................................................................................................ 32 2.25.1 Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ ..................................................................... 32 2.25.2 PĜíjem a chování v organismu ................................................................................................ 33

3 3.1

MOŽNOSTI ODSTRANċNÍ KOVģ Z VODY ..............................................34 Chemické metody............................................................................................................................. 34 3.1.1 Srážecí metoda - koagulace .................................................................................................... 34 3.1.2 Cementace .............................................................................................................................. 35 3.1.3 Iontová výmČna ionexová technologie ................................................................................... 35 3.1.4 Elektrochemické procesy........................................................................................................ 36 3.1.5 Sorpce ..................................................................................................................................... 36

2



3.2

Mechanické metody ......................................................................................................................... 37 3.2.1 Membránové technologie reverzní osmóza ............................................................................ 37

3.3

BIologické ......................................................................................................................................... 39 3.3.1 Biosorpce ................................................................................................................................ 39 3.3.2 Mechanismy odstraĖování tČžkych kovĤ mikroorganismy..................................................... 40

4

EXPERIMENT ............................................................................................42

4.1

Úþel experimentu ............................................................................................................................. 42

4.2

Postup mČĜení................................................................................................................................... 42 4.2.1 Materiály................................................................................................................................. 43 4.2.2 Filtrace .................................................................................................................................... 47

4.3

Výsledky rozboru ............................................................................................................................. 48

4.4

Fotodokumentace k experimentu ................................................................................................... 54

5

ZÁVċR .......................................................................................................59

6

POUŽITÁ LITERATURA ............................................................................61

SEZNAM TABULEK...........................................................................................66 SEZNAM OBRÁZKģ ..........................................................................................67 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLģ...............................................69 SUMMARY .........................................................................................................70

3


1


ÚVOD

Voda patĜí mezi látky, které jsou nejrozšíĜenČjší na Zemi, patĜí mezi základní složku životního prostĜedí. Voda je jednou ze základních podmínek existence života. Rozložení vody na Zemi je následující. PĜibližnČ 80 % nalezneme v oceánech, dále kolem 19 % se vyskytuje v zemské kĤĜe pod povrchem zemČ, okolo 1 % je obsaženo v ledovcích, pouhé 0,002 % tvoĜí vodní toky a skoro zanedbatelné množství, které þiní 0,0008 % je v atmosféĜe. Voda se vyskytuje ve tĜech skupenstvích a to ve formČ kapalné, tuhé a plynné. Získávání nezávadné vody je jeden z rozhodujících faktorĤ pro rozvoj civilizace. Jakost surové vody rozhoduje o pĜípadném použití zdroje k pitným úþelĤm a rovnČž o stupni úpravy. Jakost vody posuzujeme podle fyzikálních, chemických a bakteriologických ukazatelĤ. Podle ukazatelĤ dČlíme surovou vodu do kategorií A1, A2, A3. Surovou vodu dČlíme na povrchovou a podpovrchovou. Povrchová voda se na povrchu nachází ve formČ tekoucí a ve formČ stojaté. Voda tekoucí je buć, bystĜinná nebo Ĝíþní. Mezi bystĜinné toky považujeme horské bystĜiny, potoky a horní toky Ĝek. ěíþní vody nalezneme pĜevážnČ ve stĜedním a dolním toku Ĝeky. Jezera, rybníky, údolní nádrže a pĜehrady a v neposlední ĜadČ i moĜe patĜí mezi stojaté vody. Podpovrchové vody jsou chemicky vázané a z hydrologického hlediska nevyužitelné. Dále pak mechanicky vázané, které se vyskytují v pásmu provzdušnČní jako pĤdní voda a v pásmu nasycení jako podzemní voda. Rozeznáváme tyto formy podzemní vody: pórová voda, puklinová voda a krasová voda. Ve vodČ se vyskytuje mnoho nežádoucích látek, jako jsou pesticidy, tenzidy a kovy. V této diplomové práci se budu vČnovat kovĤm. ZamČĜím se na olovo a také na další kovy, které jsou v obrázku 1.1. Periodická tabulka vyznaþené zelenČ. U zkoumaných prvkĤ napíši jejich charakteristiku a zpĤsob jejich odstraĖování. V následující kapitole budou tyto kovy Ĝazeny dle abecedního uspoĜádání symbolĤ, které mĤžeme vidČt v tabulce 1.1 Tabulka kovĤ s nejvyššími mezními hodnotami a mezními hodnotami ve vodČ.

4



Obr. 1.1 Periodická tabulka prvkĤ

Tab. 1.1 Tabulka kovĤ s nejvyššími mezními hodnotami a mezními hodnotami ve vodČ poĜadí

symbol

název

NMH

MH

DH

jednotka

1

Ag

stĜíbro

0,05

2

Al

hliník

3

As

arzen

0,01

mg/l

4

B

bór

1

mg/l

5

Ba

baryum

0,7

mg/l

6

Be

beryllium

0,002

mg/l

7

Ca

vápník

8

Cd

kadmium

0,005

mg/l

9

Co

kobalt

-

mg/l

10

Cr

chrom

0,05

mg/l

11

Cu

mČć

1

mg/l

12

Fe

železo

0,001

13

Hg

rtuĢ

0,001

mg/l

14

K

draslík

-

mg/l

15

Mg

hoĜþík

16

Mn

mangan

0,5

17

Mo

molibden

-

18

Na

sodík

19

Ni

nikl

0,02

20

Pb

olovo

0,01

21

Sn

cín

-

mg/l

22

Se

selen

0,01

mg/l

23

U

uran

-

mg/l

24

V

vanad

-

mg/l

25

Zn

zinek

-

mg/l

mg/l 0,2

mg/l

40 - 80

0,2

10 0,05

mg/l

mg/l

20 - 30

mg/l mg/l mg/l

200

mg/l mg/l

0,025

mg/l

5


2


KOVY VE VODÁCH

Kovy se ve vodČ vyskytují jednak pĜirozenČ, jednak se do ní mohou dostat z prĤmyslové þinnosti, tČžby nerostĤ a hornin i z odpadní vody. V neposlední ĜadČ se mohou tČžké kovy dostat do vody také stykem s rozvodním potrubím. Ve vodČ lze nalézt vČtšinu kovĤ i polokovĤ, které jsou obsaženy v periodické soustavČ prvkĤ a to i vzácné zemní plyny. K obohacení vody kovy dochází stykem s horninami, pĤdou a atmosférou. Zdroji kovĤ je samozĜejmČ také vulkanická þinnost a jak již bylo psáno také antropogenní þinností þlovČka. [2] O zneþištČní kovy a polokovy se þasto hovoĜí jako o zneþištČní samostatnou skupinou tČžkých nebo toxických kovĤ, tato skupina není však pĜesnČ specifikovaná. Z chemického hlediska jsou to všechny kovy, které mají objemovou hmotnost vČtší jak 5000 kg m-3 nebo také kovy, jejichž soli se srážejí se sulfidem sodným za vzniku sulfidĤ s malou rozpustností. Co se týþe definice toxický kov, tak ten lze vymezit snáze díky samotné toxické vlastnosti. ýasto se název tČžké kovy používá jako synonymum pro toxické kovy. Toto spojení slov mĤže vézt k nesrovnalostem, jelikož tĜeba berylium je sice toxický kov, ale není to tČžký kov, dále pak železo a mangan jsou tČžké kovy, ale nejsou toxické. Proto se doporuþuje v rámci kovu ve vodách neužívat tČžké kovy jako synonymum pro toxické kovy. [2]

2.1 2.1.1

STěÍBRO Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

StĜíbro je prvek s chemickou znaþkou Ag, který se v pĜírodČ nachází pĜevážnČ jako sulfid Ag2S neboli argentit. Ze všech známých kovĤ se vyznaþuje nejlepší elektrickou a tepelnou vodivostí. Tento prvek je chalkofilního charakteru, který se pĜi magmatické diferenciaci koncentroval do minerálĤ pozdních stádií nebo se vyluþoval z hydrotermálních roztokĤ. Je to toxický prvek, jehož toxicita se mĤže v závislosti na specializaci lišit až ĜádovČ. NejtoxiþtČjší je jednoduchý iont Ag+, na rozdíl od thiosulfatokomplexu, který je málo toxický. Na vodu má stĜíbro oligodynamické úþinky. Tento poznatek byl známý již ve starovČku, kdy vodu uchovávali ve stĜíbrných nádobách, aby se nekazila. Tohoto poznatku se využívá i pĜi hygienickém zabezpeþení pitné vody. Okolo 66 % svČtových zásob stĜíbra se nachází v Cu a Pb-Zn ložiskách rĤzných typĤ. Zbývajících 34 % zásob lze nalézt v žilných ložiskách, kde je stĜíbro hlavní složkou. V povrchových vodách se dle imisních standardĤ má vyskytovat pĜípustné množství 0,007 mg.l-1. Koncentrace v podzemních vodách mĤže dosahovat desetiny až desítky ȝg.l-1. PrĤmČrná koncentrace stĜíbra v pitné vodČ v ýR pĜi výstupu z vodáren se pohybuje

6



okolo 0,002 mg.l-1 a maximální hodnota, která se v ýR vyskytuje je 0,015 mg.l-1. Nejvyšší mezní hodnota, která je v ýR povolená je 0,05 mg.l-1.[1] [2]

Obr. 2.1 StĜíbro [3]

Prvek se využívá v prĤmyslu a to fotografickém pĜi kyanidovém stĜíbĜení, dále ve skláĜském a elektrotechnickém prĤmyslu a elektrotechnice. StĜíbro se používá i jako souþást farmaceutických preparátĤ, dále v menší míĜe se využívá pĜi ražbČ mincí a pro výrobu slitin k tvrdému pájení a pájek. StĜíbro lze využít pĜi þištČní vody, výrobČ baterií, výrobČ zrcadel a speciálních odrazných povrchĤ, které slouží k získávání solární energie, výrobČ katalyzátorĤ a v jaderné energetice pro výrobu regulaþních tyþí pro vodní reaktory. Hlavní využití stĜíbra nalezneme ve šperkaĜském prĤmyslu. [1] [2]

2.1.2

PĜíjem a chování v organismu

U þlovČka se pĜedávkování stĜíbrem projeví po dlouhodobém pĜíjmu stĜíbra ve formČ rozpustných solí šedým až šedomodrým zbarvením kĤže, pĜípadnČ i sliznic, zpĤsobené ukládáním þástic stĜíbra nebo-li argyrie. [2] Podle WHO je maximální denní dávka stĜíbra 325 µ g na 80kg váhy, v rĤzných zdrojích lze nalézt dávku až 2 mg dennČ, pĜitom ale celková roþní dávka má být nižší než 1 g. StĜíbro se v organismu kumuluje a tak celková dávka za život nemá pĜekroþit 10 g. Argyrie se mĤže projevit již pĜi podstatnČ nižších dávkách. [4]

2.2 2.2.1

HLINÍK Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Hliník je prvek s chemickou znaþkou Al, který se v pĜírodČ nachází pĜevážnČ ve formČ hlinitokĜemiþitanĤ, což jsou živce, slídy atd. Díky své velké reaktivitČ se v pĜírodČ setkáváme prakticky pouze s jeho slouþeninami. Tento prvek je tĜetí nejvíce rozšíĜeným prvkem v zemské kĤĜe. Je to velmi lehký kov bČlavČ šedé barvy. Mezi jeho vlastnosti

7



patĜí to, že je velmi dobrý vodiþ elektrického proudu. Proto se široce používá v elektrotechnice, ve formČ slitin v leteckém prĤmyslu a mnoha dalších prĤmyslových využitích. Do pĜírody se dostává také z antropogenní þinnosti, pĜedevším z výroby papíru, kĤže a barviv. Dále do vody pĜechází pĜi její úpravČ koagulací síranem hlinitým. [2]

Obr. 2.2 Hliník [5]

ýistý hliník je používán výrazné ménČ než jeho slitiny. Asi 60 % hliníku se zpracovává na plechy. Typickými výrobky z tohoto kovu jsou napĜ. výmČníky chemických zaĜízení, chladiþe automobilĤ, reflektory, zrcadla, nádrže i nádobí. Také se z nČj vyrábí kompaktní disky a pamČĢová média pro výpoþetní techniku. Tento prvek našel využití i v potravináĜském prĤmyslu, kde má široké využití jako nejrĤznČjších obalový materiál. [6] [7] Dále se mĤžeme setkat s využíváním hliníkových solí pĜi úpravČ pitné vody, kde slouží jako koagulaþní prostĜedek. Využívá se také k redukci organických látek, barev, zákalu a mikroorganismĤ. To však vede ke zvýšenému obsahu hliníku v upravené pitné vodČ. Tam kde jsou rezidua hliníku vysoká, mohou být depozitována do distribuþního systému. [9]

2.2.2


U hliníku je pouze nízká pravdČpodobnost akutních toxických úþinkĤ po orální expozici, navzdory širokému výskytu hliníku v potravinách, pitné vodČ a pĜi užívání antacidových preparátĤ. PĜi kontaminaci vody ve vodovodní síti síranem hlinitým z úpravny se u obyvatel využívající kontaminovaný vodovod vyskytovaly následující symptomy: pocity nevolnosti, zvracení, vĜedy v ústech, vĜedy na kĤži, kožní vyrážky, zánČtlivé bolesti. VČtšina symptomĤ byla mírná a krátkodobá. Žádné trvalé následky na zdraví nebyly po expozici hliníkem v pitné vodČ popsány. Absorpce hliníku závisí na rĤzných parametrech, mezi které patĜí bio dostupnost. [9]

8



Hliník patĜí mezi toxické prvky. Byla prokázána toxicita jak na rybách, tak u koĜenového systému rostlin. U þlovČka byly provedeny studie na Alzheimerovu chorobu, tyto studie nemČly jednoznaþné výsledky. ObecnČ se dá konstatovat, že potencionální riziko vzniku Alzheimerovy choroby pĜi expozici hliníku v pitnČ vodČ o koncentraci 100 µg/litr je nízké. PĜi správných operaþních podmínkách se koncentrace hliníku pohybuje okolo 0,1 mg/litr a ménČ. [2] [9]

2.3 2.3.1

ARZEN Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Arsen má chemickou znaþku As a jeho barva je zlatavá Tento prvek patĜí mezi toxické, je polokov, známý již od starovČku. Arsen je všeobecnČ rozšíĜený prvek, který se v prostĜedí objevuje v organické i anorganické formČ. V pĜírodČ se vyskytuje zejména ve formČ sulfidĤ. Je þastou souþástí rĤzných hornin a pĤd. Do vody se anorganický arsen dostává vymýváním z hornin, z odpadních vod a atmosférickou depozicí. Je bČžnou souþástí podzemních i povrchových vod. Má znaþnou schopnost kumulovat se v Ĝíþních sedimentech. Adsorpce a zpČtná uvolĖování arsenu ze sedimentĤ do kapalné fáze mĤže být v nČkterých pĜípadech urþujícím faktorem jeho koncentrace v této fázi. [2] Jeho souþasné uplatnČní se nachází v oblasti metalurgie jako souþást speciálních slitin a v polovodiþovém prĤmyslu. Používání arsenu má klesající trend. Používal se nebo se ještČ používá jako souþást prostĜedkĤ ke konzervaci dĜeva proti houbám, barviv, lékĤ, mýdel, do slitin ve skláĜství, k þinČní kĤží a v zemČdČlství. Je obsažen ve výluzích z elektrárenských popílkĤ, v nČkterých dĤlních vodách a v odpadních vodách z prádelen. Významným zdrojem uvolĖování arsenu do ovzduší je spalování hnČdého uhlí. [35]

Obr. 2.3 Arzen [36]

9


2.3.2



Hlavními zdroji dietární expozice arzenu jsou moĜské produkty a maso. Denní pĜíjem z pitné vody obecnČ nedosahuje 10 ȝg. RozpuštČný arzen v anorganické formČ se po požití rychle vstĜebává a je vylouþen z vČtší þásti až po detoxikaci v játrech s poloþasem asi 4 dny. Organicky vázaný je rychle a témČĜ beze zmČny vylouþen moþí. K odstranČní arzenu z lidského organismu tzv. detoxikaci anorganického arzenu v sobČ jako první krok zahrnuje metylaci. PĜi ní vznikající kyselina mono- a dimetylarseniþná jsou ještČ toxiþtČjší než anorganický arzen, takže se vlastnČ jedná o urþitou aktivaci toxické formy. StupeĖ absorpce arzenu u þlovČka pĜi dermálním kontaktu není pĜesnČ známý, avšak experimentální studie potvrzují nízkou absorpci arzenu pĜes kĤži pĜi mytí a zevní vazbu arzenu ve vlasech a patrnČ i kĤži. [35] Anorganický arzen je toxiþtČjší v trojmocné formČ nežli v pČtimocné. Akutní intoxikace byla zaznamenána po požívání studniþní vody s obsahem arzenu 1,2 – 21 mg/l s projevy postižení zažívacího traktu, kĤže a nervového systému. Z oblastí, kde se k pití používá voda s vyšším obsahem arzenu, v Ĝádu stovek ȝg/l, jsou známé pĜíznaky chronické otravy, pĜi které je typicky postižena kĤže, cévy a periferní nervy a vznikají nČkteré druhy nádorĤ. Za pravdČpodobný se považuje také negativní úþinek na kardiovaskulární systém a reprodukci. ZĜetelné nekarcinogenní úþinky chronického požívání arzenu byly detekovány pĜi dávkách Ĝádu 0,01 mg/kg/den a vyšších. Zatím není možné rozhodnout, zda existuje nČjaká zcela bezpeþná dávka arzenu. [35]

2.4 2.4.1

BOR Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Bor je chemický prvek, který má zkratku B. Vyskytuje se ve dvou modifikacích a to amorfní a kovové. V kovové modifikaci bor Ĝadíme mezi velmi tvrdé látky v MohsovČ stupnici tvrdosti, dosahuje hodnoty 9,3. Elementární bor existuje jako pevná látka, pĜi pokojové teplotČ je buć þerný jednoklonný krystal, nebo ho mĤžeme pozorovat ve formČ žlutého nebo hnČdého amorfního prášku. V pĜírodČ se elementární bor jako prvek nevyskytuje, jako souþást kyseliny borité se nachází v nČkterých pĜírodních vodách, zejména ve vulkanických oblastech a ve vodách sopeþných jezer. Do pĜírodních vod se dostává i splaškovými vodami. Zdrojem tohoto prvku jsou prĤmyslové odpadní vody ze skláĜského, keramického, fotografického a také z potravináĜského prĤmyslu. Dále se do vody dostává bor z povrchové úpravy kovĤ a výroby polovodiþĤ. Bor je rovnČž souþástí þistících prostĜedkĤ a to proto, že v kombinaci

10



s kyslíkem reaguje s vodou za vzniku peroxidu vodíku. V neposlední ĜadČ se bor do vody dostává ze zemČdČlských hnojiv. [2] [10]

Obr. 2.4 Bor [37]

2.4.2


ObecnČ platí, že kyselina boritá zpĤsobené chemickou podráždČní pĜedevším v místech aplikace a také podráždČností orgánĤ, které se podílejí na vyluþujících procesech. RovnČž se projevily otoky a pĜekrvení mozku. Dále bylo pozorováno, že pĜi požívání boru se vyskytlo zvČtšení jater, cévní pĜetížení, otok. NejþastČji se toxicita boru projevuje podráždČností a zažívacími poruchami. Studie ukázaly, že dČti se zdají být citlivČjší než dospČlí na slouþeniny boru. Mezi další projevy vČtší koncentrace boru v lidském organismu jsou pĜíznaky, které se projevují v na gastrointestinálním traktu, vþetnČ zvracení a svalové kĜeþe. U zvíĜat, na kterých byly provedeny pokusy se zvýšenými dávkami boru, byla pozorována þásteþná nebo úplná sterilita varlat u samcĤ a snížení ovulace u samic. [10]

2.5 2.5.1

BÁRYUM Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Baryum má chemickou znaþku Ba. Je to alkalická zemina. Baryum je mČkký, velmi reaktivní a toxický kov. Všechny rozpustné soli barya jsou prudce jedovaté. Barium je pĜítomen jako stopový prvek ve vyvĜelých a sedimentovaných horninách. Aþkoli se nevyskytuje volnČ v pĜírodČ, mĤžeme ho nalézt v mnoha slouþeninách, nejþastČji jako síran barnatý (baryt) a v menší míĜe jako uhliþitan barnatý (witherit).

11



Slouþeniny barya, vþetnČ síranu barnatého a uhliþitanu barnatého se používají jako pĜídavné látky do plastĤ, gumy a elektroniky. Mají využití také v textilním prĤmyslu, keramickém prĤmyslu v glazurách, ve smaltech a ve skláĜství. [11]

Obr. 2.5 Báryum [38]

2.5.2


PĜi vysokých koncentracích, baryum zpĤsobuje vazokonstrikci jeho pĜímou stimulací arteriálního svalu. Peristaltika v dĤsledku násilné stimulace hladkých svalĤ zpĤsobuje kĜeþe a ochrnutí. Dále negativnČ ovlivĖuje centrální nervový systém. V závislosti na dávce a rozpustnosti mĤže sĤl barya zpĤsobit i smrt. K té mĤže dojít bČhem nČkolika hodin nebo nČkolika dnĤ. Pro akutní toxicitu se orální dávka pohybuje mezi 3 a 4 g. [11]

2.6 2.6.1

BERYLIUM Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Beryllium má chemickou znaþku Be je to šedý kov o znaþnČ vysoké teplotČ tání. Mezi jeho vlastnosti patĜí, že velmi dobĜe propouští radioaktivní záĜení. Jeho soli jsou mimoĜádnČ toxické. Samotný kov je také toxický. V pĜírodČ se setkáváme pouze se slouþeninami. Ve vČtšinČ pĜírodních vod se beryllium vyskytuje v plaveninách nebo v sedimentech ve vČtší míĜe, než rozpuštČné v samotné vodČ. Kovové beryllium se používá pĜedevším v leteckém prĤmyslu, pĜi výrobČ zbraní a v nukleárním prĤmyslu. Slitina beryllia, vČtšinou beryllium-mČć, se používá v letectví, prĤmyslu elektrotechniky a mechaniky. Tento prvek byl zjištČn pĜi nízkých koncentracích v odpadních vodách, kdy zdrojem byla výroba zbraní. Oxid berylnatý se používá na nČkteré keramické aplikace, zejména v elektronice a mikroelektronice. [12]

12



Obr. 2.6 Beryllium [39]

2.6.2


Práškovité beryllium vyvolává kožní ekzémy a poškozuje dýchací cesty. Zvýšený pĜíjem solí beryllia zpĤsobuje prokazatelnČ znaþné riziko vzniku rakovinného bujení. Z tohoto dĤvodu je beryllium považováno za jeden z velmi vážných rizikových faktorĤ a jeho výskyt v pitné vodČ a potravinách je neustále monitorován, pĜiþemž povolené limity koncentrací patĜí k nejnižším z bČžnČ sledovaných prvkĤ. [12]

2.7 2.7.1

VÁPNÍK Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Vápník má chemickou znaþku Ca. Je to nejvýznamnČjší prvek z Ĝady kovĤ alkalických zemin, lehký, velmi reaktivní kov v pĜírodČ dosti rozšíĜený. Vápník se dostává do vody rozkladem hlinitokĜemiþitanĤ vápenatých a rozpouštČním vápence, dolomitu nebo sádrovce. Obsah vápníku v podzemní vodČ je závislý na obsahu rozpuštČného CO2, který zvyšuje jeho rozpustnost a podporuje zvČtrávání hlinitokĜemiþitanĤ. [2] Antropogenním zdrojem vápníku mohou být prĤmyslové odpadní vody z provozĤ, ve kterých se kyseliny neutralizují vápnem, vápencem a nebo dolomitem. Velká reaktivita kovového vápníku slouží v metalurgii k odstraĖování malých množství síry a kyslíku z taveniny železa a pĜi výrobČ oceli. Dále se vápník využívá jako legovací látka pro zesílení hliníkových nosníkĤ. Vápenec i sádrovec jsou složkami pĜi výrobČ dnes patrnČ nejbČžnČjšího stavebního materiálu a to cementu. [2]

13



Obr. 2.7 Vápník [40]

2.7.2


Vápník patĜí mezi biogenní prvky, které jsou nezbytné pro všechny živé organismy. Nachází se v kostech a zubech, kde funguje jako hlavní konstrukþní prvek. Dále slouží jako signál pro životnČ dĤležité fyziologické procesy, jako jsou cévní kontrakce, srážlivost krve, svalová kontrakce a nervové pĜenosy. Neadekvátní pĜíjem vápníku byl spojen se zvýšeným rizikem osteoporózy, vznikem ledvinových kamenĤ, hypertenze a mrtvice. Horní mez pĜíjmu vápníku se pohybuje okolo hodnoty 2500 mg/den. [16] Tab. 2.1 Optimální denní pĜíjem vápníku [26]

14


2.8 2.8.1


KADMIUM Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Kadmium má chemickou znaþka Cd. Je to mČkký, lehce tavitelný, toxický kovový prvek. V pĜírodních vodách se kadmium vyskytuje hlavnČ v dnových sedimentech a suspendovaných þásticích. Využívá se jako souþást rĤzných slitin a k povrchové ochranČ jiných kovĤ pĜed korozí. Vzhledem k jeho toxicitČ je jeho praktické využití omezováno na nejnutnČjší minimum. Slouþeniny kadmia se používají v elektrických bateriích, elektronických souþástkách a jaderných reaktorech. [13]

Obr. 2.8 Kadmium[41]

2.8.2


Kadmium patĜí mezi velmi nebezpeþné jedy. Má jeden z nejvyšších akumulaþních koeficientĤ, a proto je schopen velmi dlouho setrvat v lidském tČle. Detoxikace je proto pomalá a hrozí nebezpeþí chronických otrav. V organismu se kadmium ukládá v kĤĜe nadledvinek a zpĤsobuje jejich dysfunkci, dále zpĤsobuje dekalcifikaci kostí, což vede ke zpomalení rĤstu a zkracování kostí. Vyluþování kadmia se realizuje pĜes moþ. [2] [13]

2.9 2.9.1

KOBALT Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Kobalt má chemickou znaþku Co. Je to namodralý, feromagnetický, tvrdý kov. Používá se v metalurgii pro zlepšování vlastností slitin pĜi barvení skla a keramiky. Je dĤležitý i biologicky. V pĜírodČ doprovází nikl a arzen. Využívá se v metalurgickém

15



prĤmyslu, galvanickém pokovování a nelezl své uplatnČní i v keramickém, skláĜském a chemickém prĤmyslu. Ve vodách je jeho pĜítomnost málo známá, a proto se jeho výskyt stanovuje jen výjimeþnČ. Jeho hodnoty v pitné a splaškové vodČ nejsou limitovány. [2]

Obr. 2.9 Kobalt[42]

2.9.2


Vliv kobaltu na lidské zdraví a na ostatní organismy je doposud málo prozkoumán. V úvahu však pĜichází jako potenciální karcinogen. [2]

2.10 2.10.1

CHROM Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Chrom má chemická znaþku Cr. Je to svČtle bílý, lesklý, velmi tvrdý a zároveĖ kĜehký kov. Používá se v metalurgii pĜi výrobČ legovaných ocelí a dalších slitin. Tenká vrstva chromu chrání povrch kovových pĜedmČtĤ pĜed korozí a zvyšuje jejich tvrdost. Dále se využívá v kožedČlném prĤmyslu a v barvicích lázních pĜi barvení textilu. [2]

Obr. 2.10 chrom[43]

16


2.10.2



Chrom patĜí mezi esenciální mikro prvky. Podílí se na regulaci hladiny glukosy v krvi a také na syntéze nukleových kyselin. Ve vyšších koncentracích je ale toxický, což závisí na jeho oxidaþním þísle. PĜi oxidaþním stupni CrIV je tento prvek toxický, má karcinogenní úþinky a má také genotoxické úþinky. Vedle toho ovlivĖuje chuĢ a barvu vody. CrIII je dokonce silnČ jedovatý. [2]

2.11 2.11.1

MċĆ Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

MČć má chemickou znaþku Cu. Je to ušlechtilý kovový prvek naþervenalé barvy, používaný þlovČkem již od starovČku. Vyznaþuje se velmi dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí. MČć se dobĜe zpracovává a je odolná proti atmosférické korozi. Je základní souþástí Ĝady velmi dĤležitých slitin a je také mimoĜádnČ dĤležitý pro elektrotechniku. MČć se vyskytuje v povrchové, podzemní i moĜské vodČ. Tento prvek má koncentraþní rozložení v povrchových vodách v rozmezí 0,0005 až 1 mg / l. V pitné vodČ má záporný vliv na organoleptické vlastnosti vody. [14]

Obr. 2.11MČć [17] [18]

Koncentraþní hladiny mČdi mají v pitné vodČ velmi rĤzné hodnoty z dĤvodu rĤzných vlastností vody, rĤzné pH, tvrdosti atd. Výsledky Ĝady studií z Evropy, Kanady a USA ukazují, že hladina mČdi v pitné vodČ se mĤže pohybovat od 0,005 do > 30 mg / l. Primárním zdrojem je nejþastČji koroze interiéru mČdČného potrubí. Hladina mČdi v potrubí s tekoucí vodou mívá koncentraci spíše nízkou, zatímco u potrubí se stojící vodou nebo þásteþnČ zaplaveným potrubím jsou koncentrace podstatnČ vyšší. MČć se používá k výrobČ elektrických rozvodĤ, potrubí, ventilĤ, rĤzných armatur, mincí, nádobí a v neposlední ĜadČ i k výrobČ stavebních materiálĤ. Dále její zastoupení nalezneme v munici, ve slitinách jako je mosaz a bronz a také je souþástí nČkterých

17



nátČrĤ. Slouþeniny mČdi jsou použity jako fungicidy, insekticidy, algicidy a prostĜedky na ochranu dĜeva, dále na pokovování, azo barviva, výrobu rytin, litografií, rafinaci ropy a pyrotechniku. Slouþeniny mČdi mohou být pĜidávány do hnojiv a krmiv pro zvíĜata, kde slouží jako živiny k podpoĜe rĤstu. Síran mČćnatý pentahydrát je nČkdy pĜidaný k povrchové vodČ pro kontrolu výskytu Ĝas. [14]

2.11.2


MČć patĜí mezi esenciální prvky pro lidský organismus. MČć není tak jedovatá, jak se pĤvodnČ pĜedpokládalo, ale hranice mezi žádoucí dávkou a rizikovou dávkou jsou od sebe jen málo vzdálené a závisí na citlivosti jedince. CitlivČji reagují pĜedevším kojenci a dČti. Jak již bylo zmínČno, hranice mezi žádoucí a rizikovou dávkou je od sebe jen málo vzdálená, a proto je vhodné zmínit, že akutní smrtelná dávka pro dospČlé se nachází mezi 4 a 400 mg mČdi CuII iontĤ na kg tČlesné hmotnosti, což bylo zjištČno na základČ údajĤ z náhodného požití a sebevražedných pĜípadĤ. Jednotlivci, kteĜí požili velké dávky mČdi, mČli tyto obtíže: gastrointestinálního krvácení, hematurii, intravaskulární hemolýzu, methemoglobinémii, hepatocelulární toxicitu, akutní selhání ledvin a oligurii. PĜi nižších dávkách iontĤ mČdi byly pozorovány pĜíznaky, které jsou typické pro otravu jídlem a to bolest hlavy, nevolnost, zvracení, prĤjem. PĜíznaky se obvykle objeví po 15-60 minutách expozice, nevolnost a zvracení jsou þastČjší než prĤjem. Mezi ohniska s kvantitativními údaji, nejnižší koncentrace mČdi spojené s úþinky byly asi 4 mg / l, nebo vyšší. NČkteré studie uvádí nižší efekt hladiny u dČtí. [2] [14] PomČrnČ pĜísné limity pro koncentraci mČdi panují v povrchových vodách a to kvĤli znaþné toxicitČ pro vodní organismy vþetnČ ryb. [2]

2.12 2.12.1

ŽELEZO Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Železo má chemickou znaþku Fe. Je to nejrozšíĜenČjší pĜechodný kovový prvek a druhý nejrozšíĜenČjší kov na Zemi. Lidstvu je znám již od pravČku. V pĜírodČ se minerály železa vyskytují velmi hojnČ a železo se z nich získává redukcí ve vysoké peci. Naproti tomu elementární železo se v pĜírodČ objevuje jen zĜídka. Železo se nejþastČji vyskytuje v pĜírodČ ve formČ svých oxidĤ. NejrozšíĜenČjší rudy jsou pyrit FeS2, lepidokrokit (krevel) Fe2O3, magnetovec Fe3O4 atd. Do vody se dostává rozpouštČním z právČ z uvedených rud. MimoĜádné koncentrace železa lze nalézt v kyselých dĤlních vodách obsahující kyselinu sírovou, která vzniká díky oxidaci sulfidické rudy pyritu. Železo je souþást

18



dnových sedimentĤ a jeho obsah se mĤže pohybovat i v desítkách gramĤ v 1 kg sušiny.[2] Železo se používá jako stavební materiál, mimo jiné pro pitné potrubí. Oxidy železa jsou používány jako pigment do barevných plastĤ. Ostatní slouþeniny se používají jako potravináĜské barviva. Dále lze najít železo v lékárnách jako potravinový doplnČk stravy. RĤzné kovové soli se používají jako koagulanty. [28]

Obr. 2.12 železo[44]

2.12.2


Železo je esenciální stopový prvek v živých organismech a je nezbytným prvkem ve výživČ þlovČka. VČtšina železa se vstĜebává v dvanáctníku a horní þásti laþníku. Absorpce je závislá na individuálním stavu jedince. Obsah železa v organismu u dospČlých jedincĤ se pohybuje obvykle od 34 až 42 mg/kg tČlesné hmotnosti. NejvČtší obsah železa je pĜítomen v hemoglobinu. Dále je zastoupený ve slezinČ, játrech a kostní dĜeni. Odhady minimální denní dávky závisí na vČku, pohlaví, fyziologické stavu a biologické dostupnosti železa. Hodnoty se pohybují od asi 10 až 50 mg/den. Koncentrace železa v pitné vodČ jsou obvykle menší než 0,3 mg/l, ale mĤže být vyšší a to v zemích, kde jsou rĤzné železné soli používány jako koagulaþní þinidla v þistírnách odpadních vod a tam kde jsou k dopravČ vody používány ocelové a pozinkované železné trubky. V ýR se hodnoty železa v povrchových vodách pohybují prĤmČrnČ okolo 0,5 mg/l. V podzemních vodách záleží na lokalitČ. Vysoké hodnoty nalezneme napĜ. ve zdroji pitné vody v TlumaþovČ, kde je hodnota pĜibližnČ 17 mg/l, v Novém BohumínČ až 40 mg/l. [2] [28]

19


2.13 2.13.1


RTUġ Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

RtuĢ má chemickou znaþku Hg. ěadí se mezi toxické kovy. Je jedním ze tĜí kovových prvkĤ, které jsou za normálních podmínek kapalné. V tuhém stavu krystaluje v trigonální nebo hexagonální soustavČ. Jeho barva je stĜíbrná. [2] Použití rtuti nalezneme v elektrotechnice, ve spotĜebiþích jako jsou lampy a obloukové usmČrĖovaþe. Dále v prĤmyslových a kontrolních pĜístrojích napĜíklad ve spínaþích, teplomČrech a barometrech. Tento prvek byl široce používán v zubních plombách. [25]

Obr. 2.13 rtuĢ[45]

2.13.2


RtuĢ má jeden z nejvyšších akumulaþních koeficientĤ. Anorganické slouþeniny rtuti se hromadí v ledvinách. Biologický poloþas je velmi dlouhý, pravdČpodobnČ až nČkolik let. Toto zjištČní platí jak pro zvíĜata, tak i lidí. Soli rtuti se vyluþují ledvinami, játry, stĜevními sliznicemi, potní žlázami, slinnými žlázami a nejdĤležitČjší odstranČní rtuti z organismu je uskuteþĖováno prostĜednictvím moþi a stolicí. [2] [25] Akutní orální otrava se projeví poškozením ledvin. Mezi klinické pĜíznaky akutní intoxikace patĜí zánČt hltanu, dysfagie, bolesti bĜicha, nevolnost a zvracení, krvavý prĤjem a šok. PozdČji otok slinných žláz, stomatitida, uvolnČní zubĤ, zánČt ledvin, anurie. Požití 500 mg rtuti zpĤsobí tČžkou otravu a nČkdy až úmrtí. [25]

20


2.14 2.14.1


DRASLÍK Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Draslík má chemickou znaþku K. Je to dĤležitý prvek z Ĝady alkalických kovĤ, který je hojnČ zastoupený v zemské kĤĜe, moĜské vodČ i živých organizmech. Do vody se uvolĖuje pĜi zvČtrávání nČkterých hlinitokĜemiþitanĤ napĜ. ortoklasu KAlSi3O8, dále výluhem z minerálĤ jako je sylvin (KCl). Do pitné se mĤže draslík dostávat z úpravny vody a to díky použití manganistanu draselného jako oxidaþního þinidla pĜi úpravČ vody. Do vody se mĤže draslík dostat i z živoþišných výkalĤ (þlovČk vyluþuje moþí asi 2,2 g K za den. [2] Draslík se využívá zemČdČlství jako draselné hnojivo, dále ho nalezneme v odpadech z regenerace mČniþĤ iontĤ. Draslík se v malém používá pro výrobu fotoelektrických þlánkĤ. Vzhledem ke své mimoĜádné nestálosti a reaktivitČ se þistý kovový draslík prakticky využívá pouze minimálnČ. Ve výjimeþných pĜípadech je používán k redukþním reakcím v organické syntéze nebo analytické chemii. [2]

Obr. 2.14 draslík[46]

2.14.2


Koncentrace draslíku není v povrchových a podzemních vodách pĜíliš limitována. Je to esenciální prvek pro þlovČka, lidský organismus ho velmi rychle vstĜebává. Draslík slouží k udržení normálního osmotického tlaku v buĖkách. NepĜíznivé úþinky na zdraví zpĤsobené vysokou dávkou draslíku z pitné vody jsou u zdravých jedincĤ nepravdČpodobné. Intoxikace požitím draslíku se vyskytuje vzácnČ, protože draslík je rychle vyluþován. PĜi jeho pĜedávkování se obvykle vyvolá zvracení. Adekvátní pĜíjem pro dospČlé (19 -> 70 let) je 4,7 g / den to by mČlo odpovídat 78 mg / kg tČlesné hmotnosti za den pro dospČlého o hmotnosti 60 kg. [27]

21


2.15 2.15.1


HOěýÍK Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

HoĜþík má chemickou znaþku Mg. Je to lehký, stĜednČ tvrdý stĜíbrolesklý kov. Využívá se pĜi výrobČ lehkých a pevných slitin, jako redukþní þinidlo v organické syntéze a pĜi pyrotechnických aplikacích. HoĜþík je obsažen v zemské kĤĜe, do vody se dostává rozkladem hlinitokĜemiþitanĤ hoĜeþnatých, þi z dolomitu nebo magnezitu. Koncentrace hoĜþíku v podzemní vodČ je stejnČ jako u vápníku závislá na obsahu rozpuštČného CO2, který pozitivnČ ovlivĖuje rozpustnost tohoto minerálu. [2] Využití hoĜþíku nalezneme v metalurgií, ve slitinách jako je napĜíklad dural. Elementární hoĜþík je velmi silným redukþním þinidlem a jemnČ rozptýlený kov se využívá k redukcím v organické syntéze, ale i redukþní výrobČ jiných kovĤ (napĜ. uranu).

Obr. 2.15 HoĜþík[47]

2.15.2


HoĜþík je þtvrtý nejhojnČjší kation lidském v tČle. Podílí se na metabolických reakcích a také se podílí na syntéze nukleových kyselin. Je potĜebný pro normální tonus cév a citlivost k inzulinu. Nízká koncentrace hoĜþíku v tČle má za následek hypertenzi (vysoký krevní tlak), ischemickou chorobu srdeþní, diabetes mellitus 2. typu a metabolický syndrom. [16]

2.16 2.16.1

MANGAN Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Mangan má chemickou znaþka Mn. Je to svČtle šedý, paramagnetický, tvrdý kov. Mangan doprovází obvykle železné rudy. V pĜírodČ ho mĤžeme nalézt ve formČ burelu þi pyroluzitu MnO2, brauninu Mn2O3, hausmatitu Mn3O4, manganitu MnO(OH), nebo

22



dialogitu MnCO3. Mangan se do vody dostává právČ výluhem z tČchto rud. Je druhou hlavní souþástí dnových sedimentĤ, hned po železu. [2] Mangan v potrubí ve formČ MnII podléhá oxidaci, díky tomu se vysráží mangan což má za následek problémy inkrustací. PĜi koncentracích minimálnČ 0,02 mg/l, mangan mĤže tvoĜit povlaky na vodovodním potrubí, které mohou pozdČji vytváĜet þernou sraženinu. [29] Mangan se používá hlavnČ v metalurgii jako pĜísada do rĤzných slitin, katalyzátorĤ a barevných pigmentĤ. Manganistan draselný se používá jako oxidant pro þištČní, bČlení a k dezinfekþním úþelĤm. Mangan Greensands se používají v nČkterých místech pro úpravu pitné vody. NČkteré manganové slouþeniny se používají v hnojivech a jako krmné doplĖky. [29]

Obr. 2.16 Mangan[48]

2.16.2


Mangan je esenciální prvek nezbytný pro rostliny a živoþichy. VýznamnČ však ovlivĖuje organoleptické vlastnosti vody. V koncentracích vyšších než 0,1 mg/l manganový ion dodává nežádoucí chuĢ a rovnČž nežádoucí nahnČdlé zbarvení vody a materiálĤ, se kterými pĜišla voda do styku. ěada zemí, mezi nimi i ýR, si stanovily standardy mezní hodnoty pro mangan 0,05 mg/l. [2] [29] NepĜíznivé úþinky na zdraví mohou být zpĤsobeny jak nedostateþným pĜíjmem nebo naopak pĜedávkováním tohoto prvku. Nedostatek manganu v lidském tČle se vyskytuje vzácnČ, protože mangan je pĜítomen v mnoha bČžných potravinách. PĜi jeho nedostatku se projevují poruchy rĤstu a reprodukþní poruchy. PĜi zvýšené hladinČ manganu v organismu se mohou vyskytovat obtíže jako je slabost, anorexie, svalové bolesti, apatie, pomalé Ĝeþi, monotónní tón hlasu, mimika emocí a pomalý, tČžkopádný pohyb konþetin. Tyto pĜíznaky byly pozorovány pĜi vyšší koncentraci manganu ve vzduchu. Orální cestou je mangan þasto považován za jeden z nejménČ toxických prvkĤ. [29]

23


2.17 2.17.1


MOLYBDEN Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Molybden má chemickou znaþku Mo. Je to kovový prvek. V pĜírodČ se vyskytuje jako minerál molybdenit (MoS2) a wulfenit (PbMoO4). Elementární molybden je stĜíbĜitý až šedobílý, tvrdý a kĜehký kov, který má znaþnČ vysoký bod tání. [2] Molybden se používá pĜi výrobČ speciálních ocelí, nalezneme ho v elektrických kontaktech, rentgenkách, vláknech, zástČnách a mĜížkách na rádio, ventily a ve výrobČ wolframu, ve sklo-kovovém tČsnČní, neželezných slitinách a v pigmentech. Molybden disulfid má jedineþné vlastnosti, jako mazivo v pĜísadách. Slouþenin molybdenu jsou v zemČdČlství buć k pĜímému ošetĜení semen, nebo pĜi formulování hnojiva, aby se zabránilo nedostatku molybdenu. [15]

Obr. 2.17 Molybden [49]

2.17.2


Molybden je považován za esenciální stopový prvek jak u zvíĜat, tak u lidí. Bezpeþné a dostateþný pĜísun dávky molybdenu byly navrženy pro rĤzné skupiny populace v rozmezí 0,015 - 0,04 mg/den pro kojence, dále rozmezí 0,025-0,15 mg/den pro dČti ve vČku 1-10 a poslední skupina má rozmezí hodnot 0,075 - 0,25 mg/den. Tato koncentrace platí pro všechny jedince nad 10 let. V ýeské republice není koncentrace molybdenu v pitné a balené vodČ limitována. [2], [15] PĜi pĜíjmu vČtší koncentrace molybdenu, která se pohybovala okolo 10-15 mg/den, se u postižených jedincĤ vyskytly bolesti nohou a rukou, dále se jim zvČtšily játra, vyskytli se poruchy gastrointestinálního traktu, jater a ledvin, zvýšené hladiny kyseliny moþové a

24



molybdenu, dále bylo pozorováno snížení hladiny mČdi v tČle a zvýšení vyluþování mČdi. [15]¨

2.18 2.18.1

SODÍK Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Sodík má chemickou znaþku Na. Je nejbČžnČjším prvkem z Ĝady alkalických kovĤ, který je hojnČ zastoupený v zemské kĤĜe, moĜské vodČ i živých organismech. Do vody se uvolĖuje napĜíklad pĜi zvČtrávání nČkterých hlinitokĜemiþitanĤ jako je napĜ. albit a slídy, dále z výluhu solných ložisek halitu. ChuĢový práh sodíku ve vodČ závisí na pĜidruženém aniontu a teplotČ. PĜi pokojové teplotČ je prahová hodnota 20 mg/l sodíku uhliþitanu, 150 mg/l chloridu sodného, 190 mg/l dusiþnanu sodného, 220 mg/l síranu sodného a 420 mg/l pro hydrogenuhliþitanu sodného. Sodné ionty jsou všudypĜítomné ve vodČ. VČtšina zásoby vody obsahuje ménČ než 20 mg sodíku na litr, ale v nČkterých zemích je úroveĖ vyšší než 250 mg/litr. Dále se mĤže sodík dostávat do vody z živoþišných výkalĤ (þlovČk vyluþuje moþí asi 5 g Na za den. [2], [24] Kovový sodík se používá pĜi výrobČ tetraethylu olova, hydridu sodného se využívá pĜi výrobČ titanu. Dále se sodík používá jako katalyzátor pro syntetické gumy a jako laboratorní þinidlo. Dále sodík nalezl využití jako chladivo v jaderných reaktorech, v elektrických napájecích kabelech a nonglare osvČtlení silnic. Sodné soli se používají pĜi úpravČ vody, vþetnČ mČkþení, dezinfekce, antikorozní úpravou pH a koagulaci. Lze ho nalézt i na silnicích pĜi odmrazování a také v papíru, skle, mýdle, farmaceutickém, chemickém a potravináĜském prĤmyslu. [24]

Obr. 2.18 Sodík [50]

2.18.2


Sodík je rovnČž prvek, který je nezbytný pro lidský organismus, není známa žádná dohoda o minimální denní potĜebČ. NicménČ se odhaduje, že celkový denní pĜíjem 120-

25



400 mg splní každodenní potĜeby rostoucích kojencĤ a malých dČtí, a 500 mg u dospČlých. ObecnČ lze Ĝíci, že sodné soli nejsou akutnČ toxické. Sodík je vyluþován moþí. V poslední dobČ v rámci zvyšování obsahu sodíku v pĜírodČ a tudíž i ve vodách mĤže sodík nepĜíznivČ pĤsobit na zdraví osob trpícími srdeþními chorobami, hypertenzí a cirhózou jater. Akutní úþinky pĜi pĜedávkování mohou zahrnovat nevolnost, zvracení, kĜeþe, svalové záškuby a tuhost, a mozkové a plicní edém. [2] [28] Úþinky na kojence se liší od úþinkĤ na dospČlých jedince a to z dĤvodu nezralosti ledvin u dČtí. DČti s tČžkou infekcí gastrointestinálního traktu mohou trpČt ztrátou tekutin, což vede k dehydrataci. [28]

2.19 2.19.1

NIKL Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Nikl má chemickou znaþku Ni. Je to bílý, feromagnetický, kujný a tažný kov. Slouží jako souþást rĤzných slitin a k povrchové ochranČ jiných kovĤ pĜed korozí. Vzhledem k jeho toxicitČ je jeho praktické využití postupnČ omezováno. Primárním zdrojem niklu v pitné vodČ je jeho vyplavování z kovĤ, se kterými je v kontaktu, jako jsou trubky a tvarovky. Nikl se mĤže také nacházet v nČkterých podzemních vodách v dĤsledku rozpadu hornin z niklu rudonosných. Nikl se vyskytuje v minerálech obvykle spoleþnČ se sírou, arzenem a antimonem. Je také souþástí nČkterých hlinitokĜemiþitanĤ. Ve vodách se nikl vyskytuje v oxidaþním stupni II a pĜevážnČ v anorganických formách. PĜi zjišĢování koncentrace niklu napĜ. v podzemních vodách závisí na typu pĤdy, pH, a hloubka vzorkování. [2] [19] Nikl se používá pĜi výrobČ korozivzdorných ocelí, neželezných kovĤ a superslitin. Další použití niklu a jeho soli nalezneme v elektrolytické pokovování. Zde pĤsobí jako katalyzátor. Dále ho mĤžeme nalézt v nikl-kadmiové baterie, v mincích, ve svaĜovacích pĜípravcích a v nČkterých pigmentech. Nikl je také zaþlenČn v nČkterých potravinách jako doplnČk stravy. [19]

Obr. 2.19 Nikl [51]

26


2.19.2



Nikl není pro þlovČka pĜíliš toxický, patĜí však mezi potenciální karcinogeny. [2]

2.20 2.20.1

OLOVO Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Olovo má chemickou znaþku Pb. Je to tČžký toxický kov, který je znám lidstvu již od starovČku. Má velmi nízký bod tání a je dobĜe kujný a odolný vĤþi korozi. Olovo je nejþastČjší z tČžkých prvkĤ. Jeho obsah je 13 mg/kg zemské kĤry. NejrozšíĜenČjší olovČnou rudou je galenit PbS, dále je zastoupen v rudách jako jsou anglesit PbSO4, cerusit PbCO3 a hydrocerusit Pb3(CO3)2(OH)2. Galenit nepodléhá biochemické oxidaci, díky tomu se olovo pomČrnČ málo hromadí v dĤlních vodách. Toto tvrzení platí za pĜedpokladu, že není pĜítomna kyselina sírová. Olovo má vysoký akumulaþní koeficient a hromadí nejenom v plaveninách, ale i v sedimentech a kalech. Vzhledem k jeho vysoké toxicitČ je jeho pĜítomnost ve vodČ velmi závažná. [2] [30] Zdrojem olova v pĜírodČ mohou být výfukové plyny, dále odpadní vody ze zpracování rud, z barevné metalurgie þi ze skláĜského prĤmyslu. Dále se olovo dostává do životního prostĜedí pĜirozenČ zvČtráváním minerálĤ nebo ve formČ prachu, kouĜe a aerosolĤ moĜské vody. NejvýznamnČjším zneþištČním olovem docházelo v minulosti bČhem používání benzínu s tetraethylolovem ve spalovacích motorech. Tetraethylolovo bylo v dnešní dobČ nahrazeno methyl tert-butyl etherem (MTBE). Olovo se používá pĜi výrobČ olovČných akumulátorĤ, pájecích slitin, jako plášĢ kabelu a inhibitor koroze. Dále jako stĜelivo, glazury a plastové stabilizátory. Ve starších budovách se mĤžeme s olovem setkat ve formČ olovČných trubek na dopravu vody. [30]

Obr. 2.20 Olovo [52]

27


2.20.2



Olovo je kumulativní jed obecnČ. Nejvíce citlivý na olovo a jeho nepĜíznivé úþinky jsou kojenci a dČti do 6 let. Jeho úþinky se projevují na centrálním nervové systému mohou být zvlášĢ závažné. [30] Množství olova, které se mĤže uvolĖovat z olovČného potrubí závisí na nČkolika faktorech a to na pĜítomnosti chloridu a rozpuštČného kyslíku, pH, teplotČ, tvrdosti vody a dobČ stání vody. [30] PĜíznaky akutní intoxikace olovem mohou být následující: neklid, podráždČnost, špatná pozornost, bolesti hlavy, svalový tĜes, kĜeþe v bĜiše, poškození ledvin, halucinace, ztráta pamČti a encefalopatie. Poslední pĜíznaky se vyskytují pĜi hladinČ 100 - 120 ȝg/dl olova v krvi u dospČlých a 80 až 100 ȝg/dl u dČtí . PĜíznaky chronické toxicity olova, vþetnČ únavy, nespavosti, podráždČnosti, bolesti hlavy a bolesti kloubĤ se mohou objevit u dospČlých pĜi hladinČ olova 50-80 ȝg/dl . Jestliže vystavíme organismus v 1-2 letech pĤsobení olova okolo hladiny 40-60 ȝg/dl, mohou se vyskytnout rovnČž potíže jako je svalová slabost, gastrointestinální symptomy, nižší skóre na psychometrických testech, poruchy nálady a pĜíznaky periferní neuropatie. Dále se pĜi hladinČ olova 40 – 50 ȝg/dl mohou vyskytnout problémy s reprodukcí, konkrétnČ Gonadální dysfunkce u mužĤ, ale i ženy mohou být postiženy reprodukþními obtížemi. Dále je u tČhotných žen riziko pĜedþasného porodu a jejich pupeþníková krev negativnČ ovlivĖuje vývoj dítČte, které jsou spojeny s drobnými vadami jako jsou angiomy, syndactylism a hydrokéla. [30]

2.21 2.21.1

CÍN Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Cín má chemickou znaþku Sn. PatĜí mezi kovy. Cín je ve své nejbČžnČjší formČ stĜíbĜitČ bílý kov. V pĜírodČ se cín vyskytuje jako minerál kassiterit SnO2. Cín se ve vodách vyskytuje jak anorganický, tak organický. [2] PĜibližnČ 50% svČtové produkce cínu se používá pro pokovování. Povlaky z cínu se používají pro potravinové obaly a zaĜízení na zpracování potravin. Cín se také používá ve slitinách, jako je napĜ. bronz. Anorganické slouþeniny cínu se používají jako pigment v keramickém a textilním prĤmyslu. Cín se používá jako inhibitor koroze. [23]

28



Obr. 2.21 cín [53]

2.21.2


Nejsou k dispozici údaje pro žádný nepĜíznivý úþinek na þlovČka, spojených s chronickou expozicí cínu. K závČru, že neexistují dostateþné údaje ke stanovení akutní referenþní dávky pro anorganický cín je nutné ale poznamenat, že koncentrace 150 mg/kg v konzervovaných nápojích a 250 mg/kg v ostatních konzervovaných potravinách mĤže vyvolat u nČkterých jedincĤ akutní projevy podráždČní žaludku. [23]

2.22 2.22.1

SELEN Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Selen má chemickou znaþku Se. Je to polokov ze skupiny chalkogenĤ, vzácný prvek, který je v pĜírodČ obsažený v sulfidových rudách a znaþné množství selenu nalezneme v pyritu. Je také souþástí ropy. Má znaþnou schopnost kumulovat se v rostlinách a živoþišných tkáních. Používá se v nČkterých odvČtvích prĤmyslu jako je skláĜském, keramickém a elektrotechnickém prĤmyslu. Je také souþástí fotoelektrických pĜístrojĤ a rovnČž se využívá ve farmaceutickém prĤmyslu. [2] Elementární selen a také mnoho selenidĤ má þesnekový zápach podobnČ jak jejich sirné analogy, dominantní formy selenu nalezené ve vodČ nejsou v koncentracích, které by mohly být zjistitelné zápachem. [20]

29



Obr. 2.22 Selen [54]

2.22.2


Selen Ĝadí mezi esenciální prvky nezbytné pro organismus. V sedmdesátých letech byla zjištČna souvislost s odolností selenu vĤþi rakovinČ, tehdy se ukázalo, že selen je preventivní látkou, která mĤže v nízkých koncentracích chránit organismus pĜed tímto onemocnČním. Vyšší koncentrace má naopak škodlivý vliv a mĤže vyvolat selenotoxikózu. PĜedČl mezi deficitem selenu a jeho toxickým pĤsobením je ale velmi úzký. [2]

2.23

URAN

2.23.1

Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Uran je radioaktivní chemický prvek s chemickou znaþkou U. Je to prvek stĜíbrobílé barvy, která díky oxidaci po þase pĜechází k šedé barvČ. PatĜí mezi kovy, pĜesnČji do skupiny aktinoidĤ. Uran je v životním prostĜedí v dĤsledku prosakování z pĜírodních ložisek, dále se do pĜírody dostává díky emisím z jaderného prĤmyslu, spalování uhlí a dalších paliv a používání fosfátových hnojiv, které obsahují uran. Jeho pĜítomnost v pitné vodČ je nejþastČji z pĜírodních zdrojĤ. [20] Uran se používá hlavnČ jako palivo v jaderných elektrárnách. Slouþeniny jsou také používány jako katalyzátory a barvicích pigmentĤ. VyhoĜelý uran se používá na vojenské úþely. [21]

30



Obr. 2.23 Uran [55]

2.23.2


Po požití se uran rychle objeví v krvi, ze které se jeho slouþeniny snadno kombinují s proteiny a nukleotidy, aby vytvoĜily stabilní komplexy. Díky tomu se uran akumuluje v ledvinách a v kostĜe. [21] Studie, které probČhly na lidech vystavených podstatnČ vyšší koncentraci uranu v pitné vodČ, která byla vyšší než 15 mg/l nebyly pozorovány žádné nežádoucí úþinky. Stejný výsledek mČla studie z Finska, kde byly hlášeny koncentrace uranu v pitné vodČ, které se blížily 100 g/l, i když se poþet osob, které byly zkoumány, byl relativnČ malý, což mohlo zápornČ ovlivnit studii. V další Finské studii rovnČž nebyl zjištČn žádný dĤkaz o poškození ledvin, zjištČna ve zkoumané skupiny spotĜebitelĤ. [21]

2.24 2.24.1

VANAD Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Vanad má chemickou znaþku V, je spolu s niobem a tantalem þlenem 5. skupiny periodické tabulky prvkĤ. Vanad patĜí mezi kovové prvky. V zemské kĤĜe doprovází nČkteré minerály. SamostatnČ je pĜítomen napĜ. jako minerál patronit (VS4) a je také obsažen v ropČ a uhlí. Od urþitých koncentrací se považuje za indikátor výskytu ropy. PĤdy v ýR obsahují vanad asi od 10 – 280 mg/kg. [2] Používá se pĜi výrobČ speciálních ocelí, kde se koncentruje ve struzce, dále se využívá jako katalyzátor v nČkterých chemických výrobách. [2]

31



Obr. 2.24 Vanad [56]

2.24.2


Vanad patĜí mezi esenciální prvky nezbytné pro život, avšak optimální prospČšné koncentrace nejsou doposud známy. Ve vyšších koncentracích je ale toxický. Katalyzuje nČkteré enzymové reakce a tím ovlivĖuje tvorbu adenosintrifosfátu, zpomaluje tvorbu cholesterolu aj. Mezi jeho prospČšné vlastnosti pĜi optimálních koncentracích pravdČpodobnČ patĜí prevence kardiovaskulárních chorob. [2]

2.25 2.25.1

ZINEK Vlastnosti a výskyt v prostĜedí, zvláštČ ve vodČ

Zinek je mČkký lehce tavitelný kov, který má chemickou znaþku Zn. Zinek je modrobílý kovový prvek se silným leskem. Zinek se vyskytuje v malých množstvích u témČĜ všech vyvĜelých hornin. Hlavní zinkové rudy jsou sulfidy, jako jsou sfalerit a wurzite. PĜirozený obsah zinku v pĤdČ se odhaduje na 1 až 300 mg / kg [22] Zinek se používá pĜi výrobČ korozivzdorných slitin a mosazi, galvanizaci oceli a železa. Oxid zineþnatý se pĜidává do kauþuku jako bílý pigment. Perorální zinek se obþas používá k léþbČ nedostatek zinku u lidí. Zinek karbamáty se používají jako pesticidy [22]

32



Obr. 2.25 Zinek [57]

2.25.2


Zinek patĜí mezi esenciální stopové prvky. Je souþástí nČkterých enzymĤ a má Ĝadu pozitivních biologických a biochemických funkcí. Jeho deficit mĤže být pĜíþinou Ĝady zdravotních problémĤ. OnemocnČní zpĤsobená požíváním vody s obsahem zinku nejsou známa, avšak ve vyšších koncentracích nad 5 -10 mg/l se zinek zĜetelnČ projevuje svíravou chutí vody. V pitné vodČ není koncentrace zinku limitována a to ani pro kojence. Nutriþní nedostatek zinku u þlovČka byl hlášen v ĜadČ zemí a to okolo 24-27 zemní. [22] Akutní toxicita vychází z požití vČtšího množství solí zinku, a to buć náhodnČ nebo zámČrnČ jako antiemetickými nebo potravinový doplnČk. Zvracení obvykle dochází po požití více než 500 mg síranu zineþnatého. Masové otravy byly hlášeny po konzumaci kyselých nápojĤ uchovávány v pozinkovaných nádobách. Otrava se projevuje horeþkou, nevolnostmi, zvracením, žaludeþními kĜeþi a prĤjem. Tyto pĜíznaky se projeví 3-12 h po požití. [22]

33


3


MOŽNOSTI ODSTRANċNÍ KOVģ Z VODY

Metody, jimiž lze odstraĖovat kovy z vody se dají rozdČlit na chemické, mechanické a biologické. V následujících podkapitolách se zmíním o jednotlivých využívaných metodách.

3.1 3.1.1

CHEMICKÉ METODY Srážecí metoda - koagulace

Jedná se o chemickou metodu díky tomu, že do reakce vstupují další chemikálie. Tato metoda odstraĖování tČžkých kovĤ z vodního prostĜedí využívá nerozpustnosti nČkterých kovových solí ve vodČ. Je založena na disociaci “rozpustných iontových kovových slouþenin“ ve vodném prostĜedí a jejich pĜemČnČ na slouþeniny ménČ rozpustné. ProstĜednictvím chemikálie nadávkované do upravené vody dochází k vytvoĜení þástic, které následovnČ mĤžeme upravovat úpravárenskými procesy jako jsou usazování, þiĜení, flotace nebo filtrace.[33] [34] Jedná se o velmi jednoduchou a z hlediska nákladĤ efektivní metodu. Jako srážecího þinidla se totiž používají látky velmi dobĜe dostupné, popĜípadČ jsou využívány i vedlejší produkty jiných technologií. Je to pĜedevším hydroxid vápenatý neboli vápenné mléko, které se používá k vysrážení hydroxidĤ a uhliþitanĤ, popĜípadČ se dá využít i soda, pokud má uhliþitan kovu ve vodČ nižší rozpustnost než jeho hydroxid. Mohou se také využívat rĤzné sulfidy, ke kterým mají kovy vysokou afinitu a je tedy možno srážet kovy i z prostĜedí, ve kterém jsou pĜítomné komplexotvorné látky. Za zmínku stojí hlavnČ sulfid sodný Na2S, který má vysokou schopnost srážet se s tČžkými kovy. Jeho nevýhodou je vysoká toxicita sulfánu, který má tendenci se uvolĖovat pĜi jeho kontaktu s kyselými roztoky. Další jeho nevýhoda je nutnost sledovat jeho zbytkovou koncentraci právČ díky jeho toxicitČ. V rámci sulfidĤ byl vyvinut firmou Permilit proces sulfex, který také slouží pro srážení tČžkých kovĤ. Procesu se úþastní sulfid železnatý pĜi pH 8,5 -9,0. Tento sulfid je relativnČ rozpustnČjší než ostatní sulfidy a generuje tak nízké koncentrace sulfidĤ a ty pak srážejí ionty kovĤ s vyšší afinitou k sulfidĤm a posunují tak rovnováhu. Výhoda procesu sulfex je, že je odolnČjší vĤþi výkyvĤm pH v roztoku a pĜi snížení nedochází tak rychle k vytváĜení sulfanu a to díky jeho nízké koncentraci. Mohou se také použít fosforeþnany nebo organické látky, napĜ. dialkyldithiokarbamáty, které jsou také vhodné k vysrážení tČžkých kovĤ i za pĜítomnosti komplexotvorných látek. Z organických látek je pro srážení kovĤ výhodný TMT (2,4,6-trimerkopto-1,3,5 triazin), který slouží jako náhrada za Na2S. Výhoda této slouþeniny oproti sulfidu sodnému je její nízká toxicita a také to, že nevzniká pĜi jejím použití zápach. [33] [32]

34



Nevýhodou srážecí metody je nízká efektivita pĜi nízkých koncentracích toxických iontĤ, vznik velkého množství odpadních kalĤ a potĜeba nízkého pH prostĜedí [32]

Obr. 3.1 TMT [33]

3.1.2

Cementace

Cementace je jedním z nejstarších procesĤ, kterým se dá z vody odstraĖovat kov. Jedná se o speciální typ srážení. PĜesnČji o oxidaþnČ redukþní proces, kdy se pro vylouþení þistého ušlechtilého kovu použije kov, který je ménČ ušlechtilý. Ušlechtilý kov se redukuje z oxidaþního þísla I nebo II na 0, zatímco ten “ménČ“ ušlechtilý se oxiduje z pevné podoby do vyšších oxidaþních stavĤ. Tento proces je závislý na redoxním potenciálu kovĤ. Používá se ve dvojicích napĜ. pro Pb – Fe, Pd – Fe, Fe – Cu, Zn – Cu, Al – Cu, Co – Zn, Cu – Ni, Cu – Ag. Takto lze také získat As, Cd, Pb aj.. Nevýhodou je vysoká finanþní a þasová nároþnost, velká specifita a nČkteré nevyžádané reakce kovových slouþenin pĜi použití této metody v nevhodném prostĜedí [32], [33]

3.1.3

Iontová výmČna ionexová technologie

Ionexy jsou látky, které jsou schopny vymČĖovat ionty mezi fází ionexovou a roztoky elektrolytĤ. Tuto schopnost má celá Ĝada látek, jak organického tak anorganického pĤvodu. Organické pĤvodu jsou molekuly na bázi kopolymerĤ styrenu, kyseliny akrylové a polyethylenaminĤ, tedy syntetických organických pryskyĜic. Ionoxy jsou makromolekulární látky, které jsou trojrozmČrnČ uspoĜádány. V tČchto látkách jsou pevnČ zabudovány funkþní skupiny, které disociací poskytují fixované ionty. Interakce probíhá tak, že konec makromolekuly ionexu s disociovanou funkþní skupinou pĜitahuje z prostĜedí urþitý ion a nahradí ho svým iontem pĜíslušného náboje. [33] Tato technologie postupnČ rozvíjí a její použití pomalu stoupá, neboĢ je úþinná i pĜi nízkých koncentracích iontĤ. Použití této technologie je vhodné i ve velkých objemech, prozatím je však relativnČ nákladná. Proces je velmi citlivý na hodnotu pH a navíc je pĜi vysokých koncentracích iontĤ je proces neúþinný. [32]

35


3.1.4


Elektrochemické procesy

V elektrochemických procesech se jako reakþní prostĜedek využívá elektron. Jeho doprava je realizována elektrickým vedením a díky jeho fyzikálním vlastnostem pĜi vstupu do vody nezvČtšuje její objem. Dále lze jeho pĜísun snadno ovlivĖovat pomocí elektrotechnického zaĜízení. Elektrochemické procesy lze rozdČlit na dva druhy a to elektroseparaþní a oxidaþnČredukþní reakce. PĜi elektroseparaþních procesech se využívá toku nabitých þástic v elektrickém poli jako je elektrolýza a u oxidaþnČ-redukþních reakcích je hlavní podstatou elektrochemického procesu reakce na elektrodách, kde na katodČ probíhá redukþní dČj a na anodČ oxidaþní dČj. Na rozdíl od klasických separaþních procesĤ dochází pĜi elektrochemických procesech ke zmČnČ oxidaþního stavu polutantu, což znamená, že nežádoucí látky se zmČní v jinou látku. TČžké kovy se metalicky realizují na elektrodČ a organické látky jsou odstraĖovány na anodČ. Bohužel nČkteré kovy jako je astat nebo nikl se nevyluþují a zĤstávají v elektrolytu. Navíc mĤže v nČkterých pĜípadech dojít ke zpČtnému “rozpuštČní“. [33] Mezi nespornou výhodu této metody je fakt, že se do vody nevnáší žádný další chemický pĜípravek, který by ovlivĖoval složení a zvČtšoval objem vody. PĜi vhodné volbČ materiálu elektrody, lze dosáhnout vysoké selektivity pĜi odstraĖování nežádoucí látky. Dále elektrochemické odstraĖování kovĤ není citlivé na pĜítomnost bakterií, naopak tento proces lze využít k jejích likvidaci. Mezi další výhody patĜí rychlé uvedení do provozu a následná rychlá možnost odstavené z provozu. Tato metoda má rovnČž i velkou nevýhodu a to ve znaþné spotĜebČ elektrické energie, která pĜi procesu spotĜebovává. Na jeden mol odstranČné látky je potĜeba 19,3 KJ a to pĜi 100% úþinnosti. Takže zmínČná potĜeba el. energie je ve skuteþnosti vČtší a pĜi rostoucí cenČ el. energie se tato metoda Ĝadí mezi ménČ výhodné. [33]

3.1.5

Sorpce

PatĜí rovnČž k chemickým metodám. ObecnČ lze sorpþní mechanismus vysvČtlit jako komplexní proces, pĜi nČmž dochází jak k adsorpci tak k absorpci, popĜ. i k chemické reakci nebo jinému vázání adsorbátu jako je napĜ. kapilární kondenzací nebo výmČnnou iontovou adsorpcí. Sorpþní materiály se zaþaly využívat nejdĜíve k odstranČní soli z vody, když se pĜelévá pĜes urþité druhy písku a to již v roce 330 pĜ. n. l. V moderní dobČ se sorpþní procesy využívají od konce osmnáctého století. Nejprve se využívaly pĜírodní materiály jako jsou rĤzné druhy uhlí a pĜírodní zeolity. Éra pĜírodních materiálĤ ustupuje s objevením polymerních a anorganických sorbentĤ, které jsou synteticky vyrábČny. Tyto sorbenty mají na míru stanovené využití.

36



Anorganické sorbenty zaþaly být poprvé masovČ využívány nejprve k zmČkþování vody. Tyto sorbenty mají širokou škálu aplikací. Mezi nejznámČjší patĜí napĜíklad zeolity a aluminosilikáty. Zeolity jsou hydratované aluminiosilikáty s porézní trojrozmČrnou strukturou, které se chovají jako katexy. Název zeolit pochází z Ĝeþtiny a doslova znamená vĜící kámen. Tento název dostal díky své schopnosti, že pĜi styku s vodou zpĤsobuje její zahĜívání. Zeolity jak již bylo zmínČno se dČlí na pĜírodní, tČch lze nalézt až 48 druhĤ a na anorganické. Tato skupina obsahuje 150 zástupcĤ. Dále aluminosilikáty mají podobné chování jako zeolity. Jejich skladba je vrstevnatá a mají vČtšinou záporný náboj. Jsou schopny z vody odstraĖovat toxické kovy. Další þasto používané sorbety se používají hydratované oxidy kovĤ, nČkteré z nich byli použity v rámci této práce na pokus odstranČní požadovaných prvkĤ. Vlastnosti a názvy použitých sorbentĤ jsou popsány v rámci experimentální þásti. [33] Mezi organické nejménČ karbonizovaný sorbent patĜí napĜíklad lignit. Lignit je nejmladší hnČdé uhlí. Z tČžkých kovĤ lignit dobĜe odstraĖuje sorpcí ionty mČdi Cu, zinku Zn, kadmia Cd a olova Pb. [31] V této diplomové práci se provádí pokus na bázi sorpce, pĜi nČmž bylo použito þtyĜ sorpþních materiálĤ a to Bayoxit, CFH 0818, GEH a DMI 65 jejichž úkolem bylo odstranČní olova, manganu a železa z vody. Tyto materiály jsou podrobnČji popsány v kap. 4.2.1 Materiály.

3.2 3.2.1

MECHANICKÉ METODY Membránové technologie reverzní osmóza

Membránové technologie jsou založeny na procesu, kdy dochází k selektivnímu transportu jedné složky pĜes membránu vlivem rozdílných vlastnosti dČlených látek. Jako hnací síla tohoto jevu mĤže být rozdílná koncentrace, rozdílný tlak þi teplota nebo elektrické pole. [33] Mezi membránové procesy patĜí: •

mikrofiltrace,

•

ultrafiltrace,

•

nanofiltrace,

•

reversní osmóza.

37



Zejména reversní osmóza je vhodná pro odstraĖování solí z upravované vody. Jmenované procesy jsou založeny na schopnosti semipermeabilních membrán zachycovat ve vodČ pĜítomné þástice urþité velikosti. [34] Mezi klady membránových procesĤ patĜí nízká energetická nároþnost a s tím související minimalizace nákladĤ. Nevnáší se do upravované vody další látky, které by mČnily objem upravované vody þi by se tyto látky musely v dalších þástech úpravy odstraĖovat. Další nespornou výhodou je fakt, že odpadá hlídání dávkované chemikálie v závislosti na kvalitČ upravované vody. Hlavní provozní pĜedností je, že surová voda je od upravené vody oddČlena pevnou pĜepážkou (membránou) a bez jejího násilného porušení je znemožnČn prĤnik neupravené vody do vody vyþištČné. Dále tato metoda neklade velké nároky na plochu a separace mĤže být provádČna kontinuálnČ Jako každá metoda má i použití membrán své zápory. Mezi nČ patĜí poĜizovací cena, která byla dĜíve vysoká, dnes zaþíná být pomalu konkurence schopná, dále je nutné sledovat integritu membrány, jelikož i malé defekty mohou zpĤsobit pronikání odstraĖované látky. Životnost membrán pĤsobí rovnČž jako její nevýhoda. Materiály, které jsou použity na výrobu membrány se zhotovují jednak z organických, ale i z anorganických materiálĤ jako je napĜ. keramika. Typ membrány je buć jednovrstvý þi vícevrstvý. Z hlediska tvaru se pak jedná nejþastČji o tvar trubice þi dutá vlákna. SmČr prĤtoku permeátu je pak možný buć zevnitĜ ven, tj. surová neupravená voda je tlakována vnitĜkem modulu a permeát prostupuje jeho stČnou. Dále lze postupovat opaþným smČrem, kdy permeát je nasáván pomocí þerpadla, dá se využít i výškového rozdílu hladin. SmČr postupu je tedy z vodního sloupce do vnitĜku vláken. [59]

Obr. 3.2 Struktura membrány [59]

38


3.3 3.3.1


BIOLOGICKÉ Biosorpce

OdstraĖování tČžkých kovĤ z vodného roztoku pomocí neaktivní, mrtvé biomasy je alternativní a inovativní zpĤsob odstraĖování kovĤ z prostĜedí. ObecnČ lze napsat, že vČtšina biologického materiálu je schopna do sebe navázat tČžké kovy. Bohužel pouze nČkteré z nich lze použít v prĤmyslových procesech, z dĤvodu vysoké kapacitní poptávky a požadavku vysoké selektivity. [32] [33] Biosorbenty lze rozdČlit na živou a neživou þást. Do živé þásti Ĝadíme bakterie, vláknité houby, plísnČ, vodní rostliny, mechy, kvasinky a Ĝasy. Dále mezi neživé biosorbenty zaĜazujeme kĤru stromĤ, lignin, chitosan, arašídové nebo rýžové slupky a celulózu. Jako pĜíklad je v tabulce 3.3.1 uvedeno nČkolik zástupcĤ bakterií, které na sebe váží kovy. [33] Tab. 3.1 Bakteriální biomasa využitelná k odstranČní tČžkých kovĤ [32]

Biosorbent Pseudomonas fluorescens Pseudomonas sp. Ochrobactrum anthropi Thiobacillus ferrooxidans Rhodococcus erythropolis Ocimum basilicium Sphingomonas paucimobilis Bacillus firmus B. coagulans B. megaterium

Kov Th, U U Cd, Cr, Cu Cr,Zn Cd, Zn Cr Cd Cu, Pb, Zn Cr Cr

q(mg.g-1) 15,6 – – 82, – – – 467, 381, 418 40 31

Zoogloea ramigera

Cd, Cr, Cu, Pb, U

300, 20, 280, 70, 800

Streptomyces noursei S. longwoodensis S. rimosus B.subtilis Citrobacter species

Cd, Cu, Ni, Ag, Pb, Zn, Co, Cr Pb, U Zn Au, Fe, Mn Ni, Cd, Cu Pb, Zn Pb, U

3.4, 8, 15, 38, 55, 1.6, - , 100, 440 30 79, 201, 44 6, 101, 152 601,137 4000, 8000

39



OdstraĖování kovĤ je realizováno ve formČ iontových kationĤ. První zmínky o využívání tohoto zpĤsobu se objevily v roce 1935 a tehdy se biosorbcí odstraĖovalo Ca a Hg. Biosorbce je na bázi iontové výmČny a kompletaþních reakcí. BunČþné stČny organismĤ, které obsahují pĜedevším polysacharidy, proteiny a lipidy a dále ještČ velké množství funkþních skupin na sebe váží ionty kovĤ. [33]

3.3.2

Mechanismy odstraĖování tČžkych kovĤ mikroorganismy

V rámci této podkapitoly je rozebráno jak urþité mikroorganismy pomáhají odstraĖovat nežádoucí kovy. PĜi tČchto technologiích se využívá právČ schopnost nČkterých kovĤ kumulovat se v živých buĖkách. Podle zpĤsobu akumulace kovĤ mikroorganismy se rozlišují 4 hlavní mechanizmy: •

Extracelulární (mimobunČþné) srážení kovĤ a extracelulární akumulace, které pĜedchází tvorba komplexu kovu

•

Vazba kovu k povrchu buĖky

•

Intracelulární (vnitrobunČþné) akumulace

•

Volatizace

Extracelulární srážení kovĤ Tato metoda se využívá u vČtších koncentracích tČžkých kovĤ, tyto vody jsou spíše odpadní vody u prĤmyslu. Principem je, že na metabolických produktech mikroorganismĤ nebo na povrchu mrtvých bunČk dochází ke srážení volných nebo sorbovaných kationĤ, þímž ve vodČ vzniknou nerozpustné slouþeniny. NapĜíklad mikrobiologická redukce síranĤ na sulfan, který sráží kationty kovĤ na sulfidy. [57] Vazba kovu k povrchu buĖky Princip tohoto mechanismu akumulace je elektrostatickém pĜitahování kovĤ, pozitivnČ nabitých komplexĤ nebo sraženin k negativnČ nabitým místĤm na povrchu mikrobiální buĖky. Ve vČtšinČ pĜípadĤ mrtvá biomasa koncentruje vyšší množství kovĤ oproti živým buĖkám. Na odumĜelých buĖkách dochází k adsorpci iontĤ, která je kombinována s iontovou výmČnou a tvorbou komplexĤ nebo sraženin mikroskopických rozmČrĤ. [57] Intercelulární akumulace Zde se využívá vysoce vyvinutého specifického transportního systému, kterým disponují právČ mikroorganismy. Pomocí tohoto systému selektivnČ akumulují stopové prvky a mohou tak intercelulárnČ vázat Ag, As, Au, Cu, Cd, Cr, Hg, Ni, Pt, Pb, Th, U a

40



Zn. NapĜíklad bakterie Alacaligenes eutrophus váže Ni2+, dále Bacillus subtilis, Escherichia coli váže Mn2+. NapĜíklad gramnegativní bakterie Zooglea ramigera mĤže vázat více než 300 mg mČdi nebo kadmia, 70 mg olova nebo 800 mg uranu/gram suché hmotnosti biomasy. [57][58] Volatizace Principem volatizace je mikrobiální redukce, pĜi níž dochází ke snížení valence kovĤ. Redukce mĤže být buć þásteþná, z vyššího na nižší valenþní stav. Dále úplná za vzniku elementárního kovu. K odstranČní kovĤ z roztoku mĤže dojit po jejich methylaci pĤsobením bakterií nebo mikroskop hub. Takto jsou transformovány Hg, Se, Te, As, Sn, Pb a Cd. LaboratornČ byla ovČĜená i biometylace Pt, Pa, Au, Th. V praxi se neaplikuje kvĤli potížím se zachycováním tČchto prchavých slouþenin, protože nČkteré jsou extrémnČ toxické. [57]

41


4


EXPERIMENT

V rámci vlastního experimentální mČĜení bylo zjišĢováno snížení koncentrací olova v modelové vodČ po filtraci pĜes vybrané sorpþní materiály. MČĜení probíhalo na FakultČ stavební VUT v BrnČ v laboratoĜi Ústavu vodního hospodáĜství obcí. SouþasnČ s mČĜením koncentrací olova se rovnČž zjišĢovalo, jak se mČní koncentrace železa a manganu v modelové vodČ. Jako zdroj vody byla voda z brnČnského vodovodu, která byla zneþištČná o zjišĢované prvky (Pb, Fe, Mn).

4.1

ÚýEL EXPERIMENTU

Cílem experimentu bylo porovnat 4 rĤzné filtraþní materiály a to Bayoxide, CFH 0818, GEH a DMI 65, pĜi odstraĖování olova z vody.

4.2

POSTUP MċěENÍ

Pro úþel mČĜení byly použity þtyĜi adsorpþní materiály Kemira CFH 0818 (dále jen CFH), granulovaný hydroxid GEH, syntetický oxid železitý Bayoxide a materiálu na bázi oxidu kĜemiþitého známý jako DMI 65. Jejich vlastnosti a podrobnČjší popis je uveden v kapitole 4.2.1. Materiály. První þástí experimentu bylo sestavení þtyĜ kolon s filtraþními náplnČmi a hydraulické zaregulování. Kolona pro filtraþní náplĖ má vnitĜní prĤmČr 4,4 cm. Sestava kolony s napojením prĤtokomČru, filtrátu a pracího potrubí je uvedena ve schématu obr. 4.5 Schéma zapojení filtraþního systému. Filtraþní náplĖ byla umístČna na drenážní vrstvu ze sklenČných kuliþek, z dĤvodu ochránČní regulaþních ventilĤ pĜed ucpáním sypkého filtraþního materiálu. Voda se zvýšenou koncentrací železa, manganu a olova byla vytvoĜena v laboratoĜi pĜidáním právČ zmiĖovaných prvkĤ do surové vody z vodovodního kohoutku v laboratoĜi. Vzorky vody pro zjištČní hodnot olova byly odebrány do sklenČných vzorkovnic a pĜevezeny na rozbor do akreditované laboratoĜe Státního zdravotního ústavu Brno. Manipulace vzorkĤ vody byla omezena na minimální dobu, aby nedošlo k jejich porušení. ZjištČní hodnot železa a manganu byly provádČny pĜímo na místČ v laboratoĜi UVHO. PĜi samotném mČĜení se surová voda þerpala za pomocí þerpadla pĜes prĤtokomČr na filtraþní kolonu. Na prĤtokomČru se nastavovaly rĤzné hodnoty prĤtoku, tak aby se docílilo rĤzné doby zdržení vody v kolonČ. Z filtraþní kolony odtékala upravená voda, v níž se následnČ provádČlo stanovení koncentrace olova, železa a manganu.

42


4.2.1


Materiály

V následující kapitola je vČnována podrobnČjšímu popisu používaných sorpþních materiálĤ, kterými byly – Kemira CFH 0818, granulovaný hydroxid – GEH, syntetický oxid železitý – Bayoxide a materiál na bázi oxidu kĜemiþitého známý jako DMI 65. Základní vlastnosti tČchto materiálĤ jsou uvedeny v následující tabulce 4.1. Tab. 4.1 Tabulka vlastností materiálĤ

Parametr Chemické složení Velikost þástic Objemová hmostnost Spec. Povrch Pracovní obsah pH Pórovitost zrn

Jednotka

GEH

BAYOXIDE E 33

DMI 65

CFH 0818

FeO(OH)

SiO2

FeO(OH)

0,5 – 2

0,43

1.2

[mm]

Fe (OH)3 + ȕ FeO-OH 0,2 – 2

[g.cm-3]

1,25

0,45

2,69

1,12

[m2.g-1]

250 - 300

120 – 200

100 - 120

120

[-]

5,5 - 6,5

6,0 - 8,0

5,8 - 8,6

6,5 - 7,5

[%]

72 – 77 TmavČ hnČdá až þerná Vlhký zrnitý

85

42

Jantarová

HnČdá až þerná

suchý zrnitý

Zrnitý

72 - 80 hnČdá až hnČdoþervená suchý zrnitý

[-]

Barva

[-]

Popis

[-]

Bayoxide E33 Bayoxide je suchý krystalický granulovaný sorbent na bázi oxidu železa, je zrnitý a má jantarovou barvu, což je vidČt na následujícím obrázku Obr. 4.1. Byl vyvinut spoleþností Severn Trent ve spolupráci se spoleþností Bayer AG a vyrábČn je firmou LANXESS Deutschland GmbH, Leverkusen v NČmecku. Tento materiál byl speciálnČ navržen s vysokou kapacitou pro arzen a to pro obČ jeho formy, jak trojmocný, tak pro pČtimocný arzen (AsIII, AsV). Tento materiál poskytuje dlouhé provozní cykly a nízké provozní náklady. Další prvky, které je materiál rovnČž schopný odstraĖovat jsou antimon, kadmium, chrom, olovo, molybden, selen a vanad. PĜedpokládaná životnost sorpþního materiálu je závislá na zneþištČní konkrétní upravované vody, obvykle se životnost pohybuje okolo 9 až 36 mČsícĤ. Bayoxide není pĜíliš citlivý na pH. [60] Vyrábí se ve dvou variantách, a to Bayoxide E33 a Bayoxide E33P. Rozdíl je v tom, že Bayoxide E33 je granulovaný, kdežto Bayoxide E33P se vyrábí v tabletách. Výrobce udává schopnost úpravy vody pĜi obsahu arsenu 11 – 5000 ȝg/l a obsahu železa 50 – 10000 ȝg/l. [60]

43



Obr. 4.1 Filtraþní materiál Bayoxide E33

GEH (Granulated Eisen Hydroxide) GEH je vysoce výkonný adsorbent, je na bázi hydroxidu železitého, zrnitý a jeho barevný odstín je tmavČ hnČdý až þerný, což je vidČt na obrázku Obr. 4.2 Filtraþní materiál GEH. Vyrábí se speciálním patentovaným procesem. GEH je urþen pro selektivní adsorpci arsenu pomocí konkrétního procesu. Tento prostĜedek je vhodný pro úpravu pitné vody, protože neuvolĖuje žádné chemické slouþeniny v upravené vodČ a nemČní její pH. RovnČž splĖuje všechny požadavky pro použití pĜi úpravČ pitné vody. GEH absorbuje AsIII, AsV , a tak nabízí bezpeþné a spolehlivé ošetĜení. Dále je GEH schopen odstraĖovat mČć a zinek z povrchového odtoku ze stĜech a fasád. GEH se smísí s granulovanou CaCO3 (vápenec) za úþelem stabilizace pH a ten nejlepší výkon. [62] Materiál byl vytvoĜen na Berlínské univerzitČ na katedĜe Kontroly kvality vody. Výrobcem je nČmecká firma GEH-Wasserchemie GmbH. Do ýR jej dováží spoleþnost Inform-Consult Aquq s.r.o. PĜíbram. Technologie úpravy spoþívá v adsorpci kontaminantu na granulovaný hydroxid železitý (GEH sorbent), který je uložen v reaktoru, jímž protéká upravovaná voda. Adsorpþní kapacita materiálu je závislá na provozních podmínkách. PĜi jeho aplikaci do provozu by se výška filtraþní náplnČ mČla pohybovat od 0,8 až do 1,6 m. Dále rychlost filtrace by nemČla pĜesáhnout 20 m/h a mČla by být dodržena kontaktní doba minimálnČ 3 minuty pĜi maximálním pĜípustném tlaku 0,5 bar. Praní filtru se provádí pouze vodou pĜi proplachové rychlosti 26 m/h. Praní filtru se provádí tak dlouho, dokud neodtéká þirá voda. GEH by se mČl skladovat v plastových sudech, velkých pytlích nebo silech. Materiál je stabilní a mĤže být skladován po dobu až

44



jednoho roku. Musí však být zabránČno vysychání produktu, které mĤže nastat v dĤsledku silného sluneþního záĜení. [62]

Obr. 4.2 Filtraþní materiál GEH

CFH 0818 Materiál CF0818 je zrnitý a jeho barva je hnČdá až hnČdoþervená, což je vidČt na obrázku Obr. 4.3 Filtraþní materiál CFH 0818. Je to úþinný produkt na odstranČní As, Se, P, Ag, Ni, Pb, Mo, Si, V, Cu a dalších kovĤ a rovnČž i dalších neþistot z vody adsorpcí. Vyhovují požadavkĤm Vyhlášky þ. 409/2005 Sb., o hygienických požadavcích na výrobky pĜicházející do pĜímého styku s vodou a na úpravu vody. Mezi výhody použití patĜí snadná manipulace, jednoduchá pĜedúprava surové vody, pouze pĜi vyšším obsahu nerozpuštČných látek se doporuþuje primární filtrace. Dále je vhodné použít dvou filtraþních jednotek za sebou. Mezi nespornou výhodu patĜí i minimální produkce nebezpeþných odpadĤ. Životnost materiálu je tĜi roky. Mezi další vlastnosti materiálu je jeho vysoká odolnost proti zanesení kalem. Filtraþní rychlost max. 0,033 l/min/cm2 pĜi tlaku 0,01bar. Kontaktní doba min. 5 minut, ale za optimální þasový interval se doporuþuje 12 minut. Rychlost praní by mČla být max. 0,065 l/min/cm2 s podmínkou, že po instalaci je nutné sorbent 48 hodin smáþet pĜed jeho vlastním praním, po kterém následuje zafiltrování náplnČ. Materiál se dodává v 25 kg pytlích a je vyrábČn výrobcem Kemira Finsko. Distributorem materiálĤ v ýR je

45



spoleþnost Kemwater ProChemie s.r.o. se sídlem v BakovČ nad Jizerou a provozovnou na úpravnČ vody Bradlec v Kosmonosech. [63]

Obr. 4.3 Filtraþní materiál CFH 0818

DMI 65 DMI 65 je revoluþní kĜemiþitý písek navržený pro odstranČní železa a manganu a to bez použití manganistanu draselného. Je to zrnitý hnČdý až þerný materiál, což je vidČt na obrázku Obr. 4.4 Filtraþní materiál DMI 65. DMI 65 je nyní vyrábČn výhradnČ v západní Austrálii. Unikátní mikroporézní struktura DMI 65 má výborné výsledky pĜi odstraĖování železa a manganu ze surové vody. Mezi výhody tohoto materiálu patĜí, že odstraĖuje tČžké kovy pĜi širokém rozsahu pH. RovnČž je úþinný i pĜi vysokém prĤtoku surové vody. Jeho maximální provozní teplota 45 ° C, dále má tento materiál dlouhou životnost, protože není spotĜebován v procesu. PĜed uvedení do provozu je požadováno uskuteþnČní poþáteþní aktivace pomocí chlornanu sodného. Materiál DMI 65 se vyrábí a dodává ve 20 kg plastových pytlích. [61]

46



Obr. 4.4 Filtraþní materiál DMI 65

4.2.2

Filtrace

Nejprve bylo nutné filtraþní materiály nechat smáþet ve vodČ, dle výrobce minimálnČ 45 hodin pĜed použitím, aby došlo k uvolnČní zbytkĤ z výroby. Dále byly filtry vyprány pitnou vodou z mČstského vodovodu Brno. Praní probíhalo ve více fázích o rĤzném prĤtoku, v rozmezí od 10 l.h-1 do 80 l.h-1. Prvotní þást praní byla na spodní hranici prĤtoku z dĤvodu vznosu filtraþní náplnČ. Nejprve byl prĤtok 10-20 l.h-1 z dĤvodu vznosu materiálu. Poté byl prĤtok zvýšen na 60 l.h-1 a v poslední fázi se prĤtok zvýšil až na 80 l.h-1 z dĤvodu odlouþení vzduchových bublin, aby došlo ke vznosu materiálu. Praní probíhalo v obráceném cyklu než filtrace, tedy zdola nahoru. Pro správné nastavení praní i vlastní filtrace byl použit prĤtokomČr se škrtící tryskou pro jemnou regulaci prĤtoku. Velikost prĤtokomČru byl zvolen dle doporuþených rychlostí pĜi praní. Rozsah stupnice prĤtokomČru byl od 10 l.h-1 do 100 l.h-1. Po zapracování filtru došlo k vlastní filtraci zkoušené vody. Filtraþní rychlost se pohybovala od 15,6 do 17,4 l/h.

47



Obr. 4.5 Schéma zapojení filtraþního systému

4.3

VÝSLEDKY ROZBORU

Ke zjištČní koncentrací manganu a železa byl použit spektrofotometr. PĜístroj byl nulován mČĜenou kapalinu a poté se vkládal roztok mČĜené kapaliny s rozpuštČným reaktantem. V pĜípadČ železa bylo 5 ml mČĜené kapaliny odpipetováno do krabiþky, ve které se nacházela kapsle s reaktantem. Poté se krabiþka uzavĜela, protĜepala a roztok se nechá 10 minut odstát. PĜi výrobČ roztoku pro urþení manganu se do uzavíratelné zkumavky odpipetuje 10 ml kapaliny a pĜidají se 3 reaktance. Po protĜepání se roztok nechá 2 minuty odstát. Do

48



pĜístroje se nejprve vkládá nádoba s mČĜenou kapalinou a poté druhá nádoba s pĜipraveným roztokem. Nádoby musí být pĜed mČĜením otĜeny látkou, aby nedošlo k ovlivnČní mČĜení neþistotami na jejich povrchu. Koncentrace olova byla zjišĢována ve Státního zdravotního ústavu Brno ve zkušební laboratoĜi akreditované ýIA pod þ. 1393. Tab. 4.2 Rozbor surové vody

Surová voda T

Fe

Mn

Pb

[min]

[mg/l]

[mg/l]

[mg/l]

0

3,070

0,233

0,084

Tab. 4.3 Rozbor vody po filtraci pĜes CFH

T [min] 2,5 7 15

Fe [mg/l] 0,212 0,306 0,171

CFH Mn [mg/l] 0,028 0,032 0,032

Pb [mg/l] 0,011 0,007 0,004

Q [l/h] 17,4 17,4 17,4

Tab. 4.4 Rozbor vody po filtraci pĜes Bayoxide

T [min] 2,5 7 15

Fe [mg/l] 0,113 0,116 0,114

Bayoxide Mn [mg/l] 0,033 0,031 0,031

Pb [mg/l] 0,003 0,003 0,003

Q [l/h] 16,3 16,3 16,3

49



Tab. 4.5 Rozbor vody po filtraci pĜes GEH

T [min] 2,5 7 15

Fe [mg/l] 0,161 0,120 0,118

GEH Mn [mg/l] 0,097 0,027 0,031

Pb [mg/l] 0,005 0,003 0,003

Q [l/h] 15,9 15,9 15,9

Tab. 4.6 Rozbor vody po filtraci pĜes DMI 65 bez dávkování NaClO

T [min] 2,5 7 15

Fe [mg/l] 0,114 0,112 0,112

DMI 65 (1) Mn [mg/l] 1,772 0,908 0,668

Pb [mg/l] 0,001 0,003 0,010

Q [l/h] 16,8 16,8 16,8

Tab. 4.7 Rozbor vody po filtraci pĜes DMI 65 s dávkováním NaClO

DMI 65 (2) T

Fe

Mn

Pb

Q

[min]

[mg/l]

[mg/l]

[mg/l]

[l/h]

2,5

0,122

0,120

0,004

15,6

7

0,174

0,121

0,004

15,6

15

0,196

0,141

0,004

15,6

Z tabulek je patrné, že všechny materiály jsou vynikající na odstranČní olova a dosahují podobných filtraþních výkonĤ. Už pĜi nejmenší dobČ zdržení (7 min) byla koncentrace olova v upravené vodČ hluboko pod limitem nejvyšší možné hodnoty dle Vyhlášky 252/2004 Sb. 10 ȝg/l. Delší doby zdržení už nemČly výraznČjší vliv na odstranČní olova, s výjimkou hodnot v tabulce pro DMI 65 (1), kde dĤvodem nárĤstu koncentrací olova je to, že filtrace zámČrnČ neprobíhala bez dávkování chlornanu

50



sodného, jak je uvedeno v pokynech výrobce. Dále je pro názornost uvedeno grafické zobrazení výsledkĤ s následným zhodnocením. Filtrace olova

koncentrace olova (Pb) [mg/l]

0,015

Limit Bayoxide CFH 0818 GEH DMI 65 (1) DMI 65 (2)

0,01

0,005

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

kontaktní doba [min]

Obr. 4.6 Koncentrace olova po filtraci pĜes sorpþní materiály

Z rozborĤ je zĜejmé, že všechny sorpþní materiály dosahují pĜi odstraĖování olova dobrých výsledkĤ vzhledem k jeho koncentraci v surové vodČ. Výsledky koncentrací olova v pĜípadČ DMI 65 (1) jsou sice odlišné, ale výsledky byly pravdČpodobnČ ovlivnČny tím, že pokus byl provádČn bez zapracování filtrátu s NaOCl jak uvádí výrobce. NicménČ po zapracování jak je vidČt u kĜivky DMI 65 (2) je olovo odstraĖováno již po 2,5 minutách. Koncentrace olova v upravené vodČ byla u všech zkoumaných sorpþních materiálĤ již po 7 minutách nižší, než je nejvyšší mezní hodnota v pitné vodČ dle vyhlášky 252/2004 Sb. PĜi delší dobČ zdržení již nedocházelo k výraznČjšímu snížení koncentrace olova viz obr. Obr. 4.5 Filtrace olova. Nejlepších výsledkĤ pĜi odstraĖování olova z vody dosáhl materiál Bayoxide E33, který dokázal již pĜi nejkratší dobČ zdržení nejvíce snížit obsah Pb a takto dobrých výsledkĤ dosahoval konstantnČ po celou dobu mČĜení. U adsorbentu CFH 0818 mĤžeme vidČt pomalejší reakci pĜi odstraĖování olova, ale hodnota po delším þasu mČla víc než uspokojivý výsledek.

51



Filtrace manganu

koncentrace manganu (Mn) [mg/l]

2

1,5 Limit Bayoxide CFH 0818 GEH DMI 65 (1) DMI 65 (2)

1

0,5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16


Obr. 4.7 Koncentrace manganu po filtraci pĜes sorpþní materiály

Filtrace manganu - bez DMI 65

koncentrace manganu (Mn) [mg/l]

0,15

0,1 Limit Bayoxide CFH 0818 GEH

0,05

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16


Obr. 4.8 Koncentrace manganu po filtraci pĜes sorpþní materiály (bez DMI 65)

52



Filtrace železa

koncentrace železa (Fe) [mg/l]

0,35 0,3 Limit

0,25

Bayoxide CFH 0818

0,2

GEH DMI 65 (1)

0,15

DMI 65 (2)

0,1 0,05 0

2

4

6

8

10

12

14

16


Obr. 4.9 Koncentrace železa po filtraci pĜes sorpþní materiály

. MČĜením bylo rovnČž zjišĢováno, jak použité filtraþní materiály odstraĖují z vody železo a mangan. Jako nejúþinnČjší se pro odstraĖování železa jeví sorpþní materiál Bayoxide 33. PĜi odstraĖování manganu dosáhly sorbenty Bayoxide a CFH 0818 srovnatelných výsledkĤ. Výsledky pĜi odstraĖování železa a manganu u DMI 65 byly odlišné než u zbylých tĜech zkoumaných sorbetĤ. V pĜípadČ manganu aĢ již pĜi zafilrovaném filtrátu dle pokynĤ výrobce þi bez použití NaOCl byla koncentrace manganu nad limitem dle vyhlášky 252/2004 Sb. v pĜípadČ železa nezfiltrovaný filtrát vykazoval dobré vlastnosti, ale po zfiltrování se hodnoty železa zaþaly zvyšovat

53


4.4


FOTODOKUMENTACE K EXPERIMENTU

Obr. 4.10 Zapojení filtraþních kolon

54



Obr. 4.11 Popis materiálu v kolonách

Obr. 4.12 Detail praní filtraþního materiálu DMI 65

55



Obr. 4.13 Detail prĤtokomČru

Obr. 4.14 Vzorky pĜefiltrované vody na zjištČní olova

56



Obr. 4.15 Vzorky pĜefiltrované vody na zjištČní železa 1

Obr. 4.16 Vzorky pĜefiltrované vody na zjištČní železa 2

57



Obr. 4.17 Spektrometr pĜi urþování manganu

Obr. 4.18 Spektrometr pĜi urþování železa

58


5


ZÁVċR

TČžké polokovy a kovy jsou nebezpeþné svou schopností akumulace v rostlinách i v tČle živoþichĤ, ve vyšších koncentracích jsou nebezpeþné a nČkteré z nich i toxické. Existují rĤzné technologické postupy na jejich odstranČní pĜi úpravČ vod. Jedná se napĜíklad o srážecí metodu, cementaci, iontovou výmČnu, membránové technologie, adsorpþní procesy, elektrochemické procesy a v poslední dobČ se zaþínají objevovat také biologické metody. NejþastČji se využívá adsorpce na vhodných adsorpþních materiálech. Sorpce je jednoduchou a efektivní a rovnČž ekonomicky pĜijatelnou metodou odstraĖování tČžkých polokovĤ a kovĤ. Sorpce se využívá pĜedevším díky možnosti využití širokého spektra sorpþních látek. Jako cenovČ dostupné sorbenty mohou být použity nČkteré pĜírodní materiály jako jsou zeolity, ale také se dají dobĜe využít odpady z prĤmyslu a zemČdČlství. Nejvíce testovanými sorbenty tČžkých kovĤ jsou oxidy a hydroxidy železa, aktivovaná alumina, písek obalený hydroxidem železa, aktivní uhlí, média s vrstvou TiO2 nebo MnO2 na povrchu a další. Zdroje olova v pĜírodČ mohou být výfukové plyny, dále odpadní vody ze zpracování rud, z barevné metalurgie þi ze skláĜského prĤmyslu. Dále se olovo dostává do životního prostĜedí pĜirozenČ zvČtráváním minerálĤ nebo ve formČ prachu, kouĜe a aerosolĤ moĜské vody. Další zdroj olova, který se mĤže dostat do pitné vody jsou olovČné trouby, které se mohou nacházet ve starších budovách. Olovo je kumulativní jed obecnČ. Nejvíce citlivý na olovo a jeho nepĜíznivé úþinky jsou kojenci a dČti do 6 let. Jeho úþinky se projevují na centrálním nervové systému mĤžou být zvlášĢ závažné. Cílem práce bylo zjistit úþinnost odstranČní olova z vody vybranými adsorpþními materiály pĜi rĤzné dobČ zdržení vody. Na odstranČní olova z vody byly použity sorpþní materiály a to CFH 0818, GEH, DMI 65 a Bayoxide E33. RovnČž bylo zkoumáno, zda je možné tyto materiály použít i na odstranČní železa a manganu ze surové vody. Laboratorní zkoušky byly provádČny na FakultČ stavební VUT v BrnČ v laboratoĜi Ústavu vodního hospodáĜství obcí. Bylo zjištČno, že existuje spolehlivá metoda na snižování koncentrace olova ve vodČ pomocí sorpce pĜes speciální filtraþní materiály. RovnČž se podaĜilo prokázat, že tyto materiály odstraĖují ze surové vody i železo a mangan. PĜi odstraĖování olova dosáhly všechny materiály velice dobrých výsledkĤ. V rámci pokusu se ukázalo, že koncentrace olova v upravené vodČ byla u všech zkoumaných sorpþních materiálĤ již po 7 minutách nižší, než je nejvyšší mezní hodnota v pitné vodČ dle vyhlášky 252/2004 Sb. PĜi delší dobČ zdržení již nedocházelo k výraznČjšímu snížení koncentrace olova. Nejlepších výsledkĤ pĜi odstraĖování olova z vody dosáhl materiál Bayoxide E33, který dokázal již pĜi nejkratší dobČ zdržení nejvíce snížit obsah Pb a takto dobrých výsledkĤ dosahoval konstantnČ po celou dobu mČĜení. U

59



adsorbentu CFH 0818 mĤžeme vidČt pomalejší reakci pĜi odstraĖování olova, ale hodnota po delším þasu mČla víc než uspokojivý výsledek. PĜi odstraĖování železa a manganu dosáhly všechny sorpþní materiály dobrých výsledkĤ, kromČ DMI 65. Jako nejúþinnČjší se pro odstraĖování železa jeví sorpþní materiál Bayoxide E33. PĜi odstraĖování manganu dosáhly sorbenty Bayoxide a CFH 0818 srovnatelných výsledkĤ. Výsledky pĜi odstraĖování železa a manganu u DMI 65 byly odlišné než u zbylých tĜech zkoumaných sorbetĤ. V pĜípadČ manganu aĢ již pĜi zafiltrovaném filtrátu dle pokynĤ výrobce þi bez použití NaClO byla koncentrace manganu nad limitem dle vyhlášky 252/2004 Sb. Koncentrace železa po filtraci pĜes materiál DMI 65 bez dávkování NaClO byly hodnoty pod limitem vyhlášky, ale po dávkování chlornanu sodného hodnoty železa narĤstali s þasem. Materiál DMI 65 není dosud v naší republice atestován a tudíž nejsou známy podrobnČ jeho vlastnosti. Tento materiál by si zasloužil podrobnČjší výzkum. Dle mého názoru materiál vyžaduje delší dobu zapracování s chlornanem sodným, aby železo zaþal odstraĖovat dle oþekávání.

60


6


POUŽITÁ LITERATURA

[1] Vodovody a kanalizace Vsetín. O-spolecnosti [online]. 2009 [cit. 2013-26-8]. Dostupné z: http://www.geofond.cz/dokumenty/nersur_rocenky/rocenkanerudy99/html/stribro.html [2] PITTER, Pavel. Hydrochemie. 3. pĜepr. vyd. Praha: VŠCHT, 1999, 568 s. ISBN 8008-0340-1. [3] Vodovody a kanalizace Vsetín. O-spolecnosti [online]. 2009 [cit. 2013-28-8]. Dostupné z: http://www.google.cz/imgres?imgurl=&imgrefurl=http%3A%2F%2Frockshop.mineral.cz %2Fmineraly%2Fst%25F8%25EDbro%2F1666_st%25F8%25EDbro&h=0&w=0&sz=1 &tbnid=daip9gCVtb1odM&tbnh=194&tbnw=259&zoom=1&docid=9ggtXur9TDp8kM &hl=cs&ei=kNodUu_oEaP80QX_1YDIAQ&ved=0CAEQsCU [4] Koloidní stĜíbro a argyrie 2011 [cit. 2013-1-9]. http://www.jitrnizeme.cz/view.php?cisloclanku=2011010029

Dostupné

z:

[5] Aluminium 26-1-2010 [cit. 2013-4-9]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubo r:Aluminium-4.jpg [6] Použití hliníku a jeho slitin ve slévárenství 2012 [cit. 2013-4-9]. Dostupné z https://dspace.vutbr.cz/bitstream/handle/11012/5194/LA%C5%A0TOVICA,%20P.%20H LIN%C3%8DK%20A%20JEHO%20SLITINY%20VE%20SL%C3%89V%C3%81REN STV%C3%8D.pdf?sequence=1 [7] PTÁýEK, L. a kol. Nauka o materiálu II. 2. opr. a rozš. vyd. Brno: CERM, 2002,392 s. ISBN 80-7204-248-3. [8] BIELA, Renata; BERÁNEK, Josef. Úprava vody a balneotechnika, nakl. AKADEMICKÉ NAKLADATELSTVÍ CERM, s.r.o. Brno 2004, 163 s. [9] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2012 [cit. 2013-26-9] http://www.who.int/water_sanitation_health/publications/aluminium.pdf [10] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2012 [cit. 2013-26-9] http://whqlibdoc.who.int/hq/2009/WHO_HSE_WSH_09.01_2_eng.pdf [11] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2012 [cit. 2013-8-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/barium.pdf [12] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2012 [cit. 2013-8-10] http://whqlibdoc.who.int/hq/2009/WHO_HSE_WSH_09.01_5_eng.pdf [13] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2011 [cit. 2013-8-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/cadmium.pdf

61



[14] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2004 [cit. 2013-8-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/copper.pdf [15] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2011 [cit. 2013-11-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/en/molybdenum.pdf [16] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2009 [cit. 2013-11-10] http://apps.who.int/iris/bitstream/10665/43836/1/9789241563550_eng.pdf [17] ýeská televize 2012 [cit. 2013-12-10]dostupné z: http://www.ceskatelevize.cz /porady/10324689990-prirodni-bohatstvi/2113825499 [18] Profitrade 2007[cit. 2013-12-10]dostupné z: http://www.profitrade.cz/nabidka/med /trubky/ [19] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2008 [cit. 2013-1210]dostupné z: http://www.who.int/water_sanitation_health/publications/nickel_ background.pdf [20] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2011 [cit. 2013-12-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/selenium.pdf [21] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2012 [cit. 2013-12-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/publications/2012/background_uranium. pdf [22] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2004 [cit. 2013-12-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/zinc.pdf [23] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2004 [cit. 2013-12-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/tin.pdf [24] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2004 [cit. 2013-13-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/sodium.pdf [25] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2005 [cit. 2013-16-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/mercuryfinal.pdf [26] Lékárna. vápník [online]. 2013 [cit. 2013-28-10] http://www.lekarna.cz/text/vapnik/ [27] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2009 [cit. 2013-28-10] http://whqlibdoc.who.int/hq/2009/WHO_HSE_WSH_09.01_7_eng.pdf [28] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2004 [cit. 2013-28-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/iron.pdf [29] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2004 [cit. 2013-28-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/manganese.pdf

62



[30] World Health Organization. water sanitation health [online]. 2011 [cit. 2013-28-10] http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/lead.pdf [31] Chempoit. OdstranČní tČžkých kovĤ z vody aplikací lignitu jako sorbentu [online]. 2012 [cit. 2013-2-11] http://www.chempoint.cz/odstraneni-tezkych-kovu-z-vodaplikaci-lignitu-jako-sorbentu [32] AHLUWALIA, S.S., GOYAL, D. (2007): Microbial and plant derived biomass for removal of heavy metals from wastewater. Bioresource Technik 2007 ISBN 98: 2243-2257 [33] [34] JELÍNEK, L a kol. Desalinaþní a separaþní metody v úpravČ vody. VŠCHT Praha 2009. s. 167 ISBN: 978-80-7080-705-7 [34] TUHOVýÁK, Ladislav, et al. Vodárenství: Studijní opory. 1. vydání. Brno: VUT FAST, 2006. 252 s. [35] Sborník konference Pitná voda 2010, s. 145-150. W&ET Team, ý. BudČjovice 2010. ISBN 978-80-254-6854-8 Wet-team. water sanitation health [online]. 2011 [cit. 2013-28-10] http://www.wet-team.cz/files/konference/2010/PV2010%20sbornik/25Pomykacova.pdf [36] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki /Arsen [37] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org /wiki/Bor_(prvek) [38] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/ wiki/Baryum [39] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org /wiki/Beryllium#mediaviewer/File:Be-140g.jpg [40] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org /wiki/V%C3%A1pn%C3%ADk#mediaviewer/File:Calcium_1.jpg [41] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org /wiki/Kadmium#mediaviewer/File:Cadmium-crystal_bar.jpg [42] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z :http://cs.wikipedia.org/ wiki/Kobalt#mediaviewer/File:Kobalt_electrolytic_and_1cm3_cube.jpg [43] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/ wiki/Chrom#mediaviewer/File:Chromium_crystals_and_1cm3_cube.jpg

63



[44] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/ wiki/%C5%BDelezo#mediaviewer/File:Iron_electrolytic_and_1cm3_cube.jpg [45] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki /Rtu%C5%A5#mediaviewer/File:Pouring_liquid_mercury_bionerd.jpg [46] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org /wiki/Drasl%C3%ADk#mediaviewer/File:Potassium.JPG [47] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/w iki/Ho%C5%99%C4%8D%C3%ADk#mediaviewer/File:Magnesium_crystals.jpg [48] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/ wiki/Mangan#mediaviewer/File:Mangan_1.jpg [49] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.o rg/wiki/Molybden#mediaviewer/File:Molybdenum_crystaline_fragment_and_1cm3_ cube.jpg [50] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/ wiki/Sod%C3%ADk#mediaviewer/File:Na_(Sodium).jpg [51] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki /Nikl#mediaviewer/File:Nickel_chunk.jpg [52] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia .org/wiki/Olovo#mediaviewer/File:Metal_cube_lead.jpg [53] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedi a.org/wiki/C%C3%ADn#mediaviewer/File:Metal_cube_tin.jpg [54] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.or g/wiki/Selen#mediaviewer/File:Selen_1.jpg [55] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikiped ia.org/wiki/Uran_(prvek)#mediaviewer/File:HEUraniumC.jpg [56] Wikipedie [online]. 2015 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/w iki/Vanad#mediaviewer/File:Vanadium_1.jpg [57] Gate2biotech [online]. 2009 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://www.gate2biotec h.cz/akumulace-kovu-ve-vodach-a-jejich-docistovani-bakteriemi/ [58] PATZÁK, M.; DOSTÁLEK, P.; FOGARTY, R. V.; ŠAFAěÍK, I.; TOBIN, J.M. (1997): Development of magnetic biosorbents for metal uptake. Biotechnology Techniques, 483s.

64



[59] Enofip [online] 2007 [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://www.enofip.cz/ download/cisticka.pdf [60] Environmental XPRT [online] 2010 [cit. 2015-01-05]. Dostupné http://www.environmental-expert.com/products/bayoxide-e33-arsenic-removal-

z:

media-15343 [61] Biostatengineering [online] 2013 [cit. http://www.biostatengineering.com/dmi65.htm

2015-01-05].

[62] GEH 102: Arsenentfernung. [online]. 2011 [cit. z:http://www.geh-wasserchemie.de/files/ti1_102_en.pdf

Dostupné

2014-23-12].

[63] Kemwater ProChemie [online]. 2015 [cit. 2015-01-09]. http://www.proximbio.eu/custom/media/TL_CFH.pdf

z:

Dostupné

Dostupné

z:

65



SEZNAM TABULEK Tab. 1.1 Tabulka kovĤ s nejvyššími mezními hodnotami a mezními hodnotami ve vodČ.. 5 Tab. 2.1 Optimální denní pĜíjem vápníku [26]………………………………………….. 14 Tab. 3.1 Bakteriální biomasa využitelná k odstranČní tČžkých kovĤ [32]………………. 39 Tab. 4.1 Tabulka vlastností materiálĤ…………………………………………………… 43 Tab. 4.2 Rozbor surové vody……………………………………………………………. 49 Tab. 4.3 Rozbor vody po filtraci pĜes CFH………………………………………………49 Tab. 4.4 Rozbor vody po filtraci pĜes Bayoxide………………………………………… 49 Tab. 4.5 Rozbor vody po filtraci pĜes GEH……………………………………………... 50 Tab. 4.6 Rozbor vody po filtraci pĜes DMI 65 bez dávkování NaClO………………….. 50 Tab. 4.7 Rozbor vody po filtraci pĜes DMI 65 s dávkováním NaClO…………………... 50

66



SEZNAM OBRÁZKģ Obr. 1.1 Periodická tabulka prvkĤ.................................................................................. 5 Obr. 2.1 StĜíbro [3] ......................................................................................................... 7 Obr. 2.2 Hliník [5] .......................................................................................................... 8 Obr. 2.3 Arzen [36] ........................................................................................................ 9 Obr. 2.4 Bor [37] .......................................................................................................... 11 Obr. 2.5 Báryum [38] ................................................................................................... 12 Obr. 2.6 Beryllium [39] ................................................................................................ 13 Obr. 2.7 Vápník [40] .................................................................................................... 13 Obr. 2.8 Kadmium[41] ................................................................................................. 14 Obr. 2.9 Kobalt[42] ...................................................................................................... 15 Obr. 2.10 chrom[43] ..................................................................................................... 16 Obr. 2.11 MČć [17] [18]............................................................................................... 17 Obr. 2.12 železo[44] ..................................................................................................... 18 Obr. 2.14 draslík[46] .................................................................................................... 20 Obr. 2.15 HoĜþík[47] .................................................................................................... 21 Obr. 2.16 Mangan[48] .................................................................................................. 22 Obr. 2.17 Molybden [49].............................................................................................. 23 Obr. 2.18 Sodík [50]..................................................................................................... 25 Obr. 2.19 Nikl [51] ....................................................................................................... 26 Obr. 2.20 Olovo [52] .................................................................................................... 27 Obr. 2.21 cín [53] ......................................................................................................... 29 Obr. 2.22 Selen [54] ..................................................................................................... 30 Obr. 2.23 Uran [55] ...................................................................................................... 31 Obr. 2.24 Vanad [56].................................................................................................... 32 Obr. 2.25 Zinek [57]..................................................................................................... 33 Obr. 3.1 TMT [33]........................................................................................................ 35 Obr. 3.2 Struktura membrány [59] ............................................................................... 38

67



Obr. 4.1 Filtraþní materiál Bayoxide E33 .................................................................... 44 Obr. 4.2 Filtraþní materiál GEH ................................................................................... 45 Obr. 4.3 Filtraþní materiál CFH 0818 .......................................................................... 46 Obr. 4.4 Filtraþní materiál DMI 65 .............................................................................. 47 Obr. 4.5 Schéma zapojení filtraþního systému ............................................................. 48 Obr. 4.6 Koncentrace olova po filtraci pĜes sorpþní materiály..................................... 51 Obr. 4.7 Koncentrace manganu po filtraci pĜes sorpþní materiály Filtrace.................. 52 Obr. 4.8 Koncentrace manganu po filtraci pĜes sorpþní materiály (bez DMI 65)........ 52 Obr. 4.9 Koncentrace železa po filtraci pĜes sorpþní materiály ................................... 53 Obr. 4.10 Zapojení filtraþních kolon ............................................................................ 54 Obr. 4.11 Popis materiálu v kolonách .......................................................................... 55 Obr. 4.12 Detail praní filtraþního materiálu DMI 65 ................................................... 55 Obr. 4.13 Detail prĤtokomČru ...................................................................................... 56 Obr. 4.14 Vzorky pĜefiltrované vody na zjištČní olova ................................................ 56 Obr. 4.15 Vzorky pĜefiltrované vody na zjištČní železa 1............................................ 57 Obr. 4.16 Vzorky pĜefiltrované vody na zjištČní železa 2............................................ 57 Obr. 4.17 Spektrometr pĜi urþování manganu .............................................................. 58 Obr. 4.18 Spektrometr pĜi urþování železa................................................................... 58

68



SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLģ MZ

ministerstvo zdravotnictví

pH

záporný dekadický logaritmus aktivity vodíkových iontĤ

NaClO

chlornan sodný

Ag

stĜíbro

ýR

ýeská Republika

Al

hliník

As

arzen

B

bór

Ba

baryum

Be

beryllium

Ca

vápník

Cd

kadmium

Co

kobalt

Cr

chrom

Cu

mČć

Fe

železo

Hg

rtuĢ

K

draslík

Mg

hoĜþík

Mn

mangan

Mo

molibden

Na

sodík

Ni

nikl

Pb

olovo

Sn

cín

Se

selen

U

uran

V

vanad

Zn

zinek

69



SUMMARY This work covers the topic of metals and semimetals in water. It is divided into three parts. First, each element is characterized by its properties and behavior in water. Incidence in the environment, utilization and effects of intake on human body are described for each element. Second, means of elimination from water are introduced. Different chemical, mechanical and biological methods are discussed. In greater detail, precipitate method, cementation, electrochemical processes, sorption and biosorption are reviewed. Also membrane processes like microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration and reverse osmosis are covered. Third, hands-on filtration experiment of polluted water with the help of different filtration materials is included. This experiment was done in a laboratory belonging to the Institute of Municipal Water Management, Faculty of Civil Engineering, Brno University of Technology. The goal of this experiment was to find out what quantity of lead, iron and mangan can be cleared by tested filtration materials. These were: CFH 0818, Bayoxide, GEH and DMI 65. Properties of these materials and used measuring method are also explained in this part. Conclusion of this work is the evaluation of tested filtration materials from the view of elimination of tested elements

70

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN

Recommend Documents