Барий: биологическая роль в организме человека. Очистка воды от бария: его влияние, источники и методы очистки воды Барий в питьевой воде

БИБЛИОТЕКА ФАКУЛЬТЕТА ЭКОЛОГИИ
Тяжелые металлы в питьевой воде.
Проблемы загрязенения воды тяжелыми металлами.

Алюминий (Al)

Попадает в воду в процессе водоподготовки, при технологических нарушениях, с промышленными стоками. Вызывает нарушение ЦНС. Имеются сведения о нейротоксичности алюминия, его способности накапливаться при определенных условиях в нервной ткани, печени и жизненно важных областях головного мозга.

Барий (Ba)

В природе встречается только в виде соединений. Наиболее распространенными бариевыми рудами являются барит (сульфат бария) и витерит (карбонат бария). Частично барий попадает в окружающую среду в результате деятельности человека, однако для воды основной путь загрязнения барием - естественный, из природных источников. Как правило, содержание бария в подземных водах невелико.

При длительном употреблении воды, содержащий барий, возможно повышение кровяного давления. Даже разовое употребление воды, содержание бария в которой значительно превосходит ПДК, может привести к мышечной слабости и болям в брюшной области.

Бор (B)

Попадает в воду из бороносных осадочных пород и пород, сложенных известково-магнезиально-железистыми силикатами, алюмосиликатами соленосных отложений, а также из вулканических пород и глин, содержащих бор, сорбированный из морской воды, со стоками стекольного, металлургического, машиностроительного, текстильного, керамического, кожевенного производств и коммунальных сточных вод, содержащих моющие вещества, при внесении в почву борсодержащих удобрений и в местах разработки борсодержащих руд.

Бор накапливается в растениях, особенно в овощах и фруктах.

При непродолжительном употреблении внутрь бора в повышенных концентрациях возникает раздражение желудочно-кишечного тракта. При длительном - нарушение процессов пищеварения приобретает хронический характер, возникает борная интоксикация, которая может поразить печень, почки, центральную нервную систему.

Mn - Марганец

Поступает в поверхностные воды в результате выщелачивания минералов, содержащих марганец, в процессе разложения водных животных и растительных организмов. Соединения марганца выносятся в водоемы со сточными водами предприятий химической промышленности.

Mn - тяжелый металл, при большом его содержании вода приобретает желтоватый цвет и вяжущий вкус.

При уровнях в системе водоснабжения, превышающих 0,1 мг/л, марганец может вызывать накопление отложений в системе распределения, приводит к появлению пятен на сантехническом оборудовании и белье, а также неприятному привкусу напитков. Даже при концентрации 0,02 мг/л марганец часто образует пленку на трубах, которая отслаивается в виде черного осадка.

Вместе с тем присутствие марганца в питьевой воде необходимо для работы мозга и сердечно-сосудистой системы, однако, избыток его может вызвать заболевание костной и кроветворной систем, оказать токсичное и/или мутагенное действие на человека.

Свинец (Pb)

Присутствие его в сточных водах свидетельствует об их загрязненности, либо о миграции Pb из водопроводных конструкций.

Негативно влияет на центральную и периферическую нервные систем

Цинк (Zn)

Энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах.

Суточная потребность организма в Zn покрывается за счёт употребления в пищу хлебопродуктов, мяса, молока, овощей.

Цинк играет защитную роль в организме при загрязнении среды кадмием.

Дефицит цинка в организме ведёт к карликовости, задержке полового развития. При его избыточном поступлении в организм возможны канцерогенное влияние и токсическое действие на сердце, кровь, почки, может вызвать снижение аппетита, анемию, аллергические заболевания, гиперактивность, дерматит, дефицит массы, снижение остроты зрения, выпадение волос, задержку полового развития у мальчиков.

Барий - химический элемент, относится ко второй группе ПСЭ Д.Менделеева, щелочноземельный металл. Соединения бария широко используются в нефтяной, электронной, бумажной промышленности. Представляет собой серебристо-белый металл плотностью 3,78 г/ куб. см. В природе барий в чистом виде не встречается, содержание элемента в земной коре не превышает 0,065%. Наиболее встречающимися соединениями являются сульфат бария и бария карбонат.

В воду барий попадает из природных источников, лишь малую долю можно отнести к деятельности человека. Большая концентрация металла обнаруживается в районах, где залегают следующие минералы: витерит, барит. Содержание бария в воде может составлять от 1 до 20 мг/л, тогда как допустимая концентрация вещества в питьевой воде согласно нормам Всемирной Организации Здравоохранения не должна превышать 0,7 мг/л, в России данный показатель находится на отметке 0,1 мг/л. По этой причине вопрос об очистке воды от бария рассматривается на высоком уровне. Проблемой водоочистки от бария занимаются специалисты НИИ и лабораторий Федерального агентства и Министерства Сельского Хозяйства.

Содержание бария в воде также зависит от свойств жидкости, а именно от наличия в ней сульфатов. Говоря научным языком, сульфат бария имеет низкий показатель растворимости, поэтому при большой концентрации вещества при нагревании воды до 18 градусов барий выпадает в осадок. Несмотря на достаточно легкий способ удаления бария из воды и присутствие его в природе, влияние металла на организм человека высоко. Употребление воды с большим содержанием данного вещества может привести к повышению кровяного давления, проявлению мышечной слабости, болям в брюшной полости. Поэтому так важна очистка воды от этого элемента.

Гидроксид бария оказывает негативное влияние на воздушно-дыхательные пути, прижигающее действие на роговицу глаз и кожу. Хлорид бария увеличивает проницаемость сосудов, что может привести к кровоизлиянию и оттекам, вызвать анемию, лимфоцитоз, лейкопению. Фторид бария может вызвать нервное раздражение, оказать влияние на мускулатуру. Всем выше перечисленным воздействиям подвержены люди, употребляющие воду с большой концентрацией металла, поэтому очистка воды от бария - один из важных этапов производства получения чистой питьевой воды.

В настоящее время существует несколько технологий очистки воды от бария: обратный осмос , ионный обмен, электродиализ. Выпускаемые современные фильтры используют технологию обратного осмоса, тогда как в промышленных масштабах очистку воды от бария проводят методом электродиализа и ионным обменом. Сегодня также существует нанотехнология, которая была разработана специалистами ВоГТУ (Вологодский Гуманитарно-технологический Университет), она позволяет произвести очистку воды от ионов бария методом очистки подземных вод от железа.

Технология такой водоподготовки чем-то напоминает метод нагревания воды до 18 градусов при высокой концентрации сульфатов в воде, образование осадка. Исследования, проведенные специалистами Университета, показывают, что процесс абсорбции, иными словами процесс поглощения сорбата объемом сорбента, может использоваться при очистке воды от бария .

Говоря о поступлении бария в организм, следует выделить, что большая часть его попадает с пищей. Наибольшую опасность несут морепродукты и морские обитатели, проживающие недалеко от мест скопления большого количества соединений бария. Со временем морские обитатели (рыба, кальмары, устрицы) накапливают в организме некоторое количество металла, однако содержание вещества может увеличиваться, это напрямую зависит от особенностей строения организма и места постоянно обитания. Некоторые морские растения могут увеличивать концентрацию бария в организме в 1000 раз. Употребление таких продуктов опасно для здоровья. Среди самых опасных продуктов, содержащие барий в пределах 2-20 мг/литр, являются помидоры и соевые бобы. Поэтому полив и продажа выше представленных продуктов должна осуществляться под бдительным контролем проверяющих органов (Санитарно эпидемиологическая служба, лаборатории сертификации и стандартизации).

В 1774 году известным шведским фармацевтом Карлом Шееле был открыт такой химический элемент, как барий. И это большая досада, что такое важное открытие затянулось, ведь его могли сделать еще в средние века, если бы местные алхимики уделяли больше внимания научным рудам, а не изобретению философского камня. Многие из них мечтали научиться получать чистое золото из дешевых металлов, но тщетные попытки так ни к чему и не привели. Однако именно эти эксперименты и стали предпосылками к открытию бария.

В семнадцатом веке Винченцио Касциороло, итальянский алхимик и сапожник в одном лице, обнаружил в горах крупный тяжелый камень и попытался его проверить на наличие золота. С помощью угля и олифы незадачливый золотоискатель прокалил камень, но ничего ценного в нем не обнаружилось, зато произошло кое-что интересное. Камень стал светиться красным светом, причем это свечение не пропадало даже после полного остывания. Винченцио рассказал о своем открытии коллегам, которые принялись проводить различные опыты над подобными камнями, желая получить золото.

И только через 170 лет Шееле открыл оксид бария. А вот в чистом виде этот металл удалось получить английскому химику Хэмфри Дэви лишь в 1808 году. Свое название барий получил, благодаря своей тяжести, ведь по-гречески «барий» значит «тяжелый». И в самом деле, среди всех легких металлов (а именно к ним барий и относится) этот элемент обладает самым значительным весом. Так что название вполне оправданно.

Барий – это щелочноземельный металл, он обладает серебристо-белым цветом, а по текстуре этот элемент мягкий и немного вязкий. В чистом виде в природе его не найти. Барий получают искусственно из сульфатов, карбонатов, силикатов, а также из барита и тяжелого шпата. Кроме того, данный металл может содержаться в воде и живых организмах: растениях и органах животных.

Биологическая роль

Какова же роль бария в жизни человека. По заявлениям ученых, этот металл еще недостаточно тщательно изучен. И, по их дружному мнению, жизненно важной ценностью он не обладает. Но процесс изучения металла еще не окончен, так что все может в корне измениться, а сейчас барий относят к токсичным ультрамикроэлементам.

При различных заболеваниях ЖКТ, а также сердечнососудистых заболеваниях в организме резко снижается уровень бария. Также стало известно, что малое количество этого минерала способно оказывать влияние на гладкую мускулатуру кишечника, например, при отравлениях барием могут появиться мышечная слабость и даже мышечные спазмы.

Симптомы передозировки и дефицита бария

В человеке с массой тела около 70 кг содержится не менее 20-22 мг бария. В кишечнике в самых малых количествах всасываются соли бария, а вот в дыхательных путях этого элемента в 5-6 раз больше. Барий содержится не только в мышечных тканях, он есть и в головном мозге, и в селезенке, и в хрусталике глаза, и в крови, в костях и зубах. Последние содержат наибольшее количество бария, по сравнению с остальными органами и тканями. В зубах и костях – около 90% от общего количества. Этот элемент очень удачно гармонирует с кальцием, при необходимости даже может заменить его, так как эти минералы очень близки по своим химически свойствам. Но при чрезмерном количестве бария, к примеру, когда превышено его содержание в почвах, может произойти нарушение обмена кальция. А вследствие этого можно заработать уровскую болезнь – тяжелейшее заболевание, на фоне которого из-за быстрого вымывания кальция замедляются процессы окостенения, а опорно-двигательный аппарат скорейшим образом изнашивается.

Доза бария, наносящая вред здоровью человека, примерно 200 мг. А смертельно опасная доза определена нечетко, по одним источникам она начинается от 0,8 г, по другим – от 3,8 г. Но все-таки более вероятным кажется первый вариант.

Барий не вызывает онкологических заболеваний или мутаций, однако его опасность кроется в его токсичности. Безопасен лишь сульфат бария, который применяется в медицине, его применяют для рентгена. Когда содержание бария в организме превышено, он начинает поражать клетки крови, мышечные ткани, нейроны, ткани сердца и другие важные органы.

Избыточное поступление бария в человеческий организм в большинстве случаев связано с производственными или бытовыми отравлениями. По крайне мере, так это явление объясняют ученые.

Многие отрасли промышленности применяют этот металл. Среди них можно выделить нефтяную, электрическую, бумажную, стекольную, лакокрасочную, металлургическую, резиновую, керамическую, полиграфическую и многие другие.

При обработке древесины и при производстве инсектицидных средств применяют фторид бария. Таким образом, он используется и в сельскохозяйственной сфере, а ведь это вещество токсично для людей, животных и растений в равной степени. Вот почему его нужно как следует изучать.

По мнению ученых, в тех районах сельской местности, где активно применяют барий для борьбы с вредителями, намного чаще встречается такое заболевание, как лейкоз. И даже такие банальные вещи, как штукатурка, содержат соединения того металла, а значит строители также имеют риск заработать какое-либо заболевание на фоне избытка бария.

Очень опасны водорастворимые соли бария: карбонаты, сульфаты, нитраты и хлориды. Безопасными считаются только фосфаты и сульфаты бария.

При отравлении солями бария появляются следующие симптомы: ощущение жжения во рту, обильное выделение слюны, рвота, кишечные колики, диарея, обильное потоотделение и бледность кожных покровов. Нервная система тоже подает сигналы бедствия: появляется шум в ушах, нарушается координация, расстраивается мозговая деятельность. Пульс слабеет, могут произойти аритмия или брадикардия.

Существует и хроническая форма отравления барием. Правда, ее проявление не столь резкое, как при острой форме, но она не менее опасна для человека. Подобная проблема может возникнуть только у людей, работающих на производстве, где воздух загрязнен соединениями бария. Дело в том, что вдыхание пыли с такими соединениями приводит к многочисленным заболеваниям дыхательных путей, которые отягощаются фиброзным процессом. Рубцы и утолщения в тканях приводят к тяжелой одышке, которая постоянно прогрессирует, принося с собой сухой неудержимый кашель и боли в груди. Последствиями могут стать не только изменение дыхательных путей и легочная недостаточность, но и пневмония, различные бронхиты и туберкулез.

Избыток бария довольно сложно скорректировать. В некоторых ситуациях благополучный исход практически невозможен. Чтобы нейтрализовать соли бария, нужно ввести сернокислые соли кальция и магния. Только они способны преобразовать соли бария в сульфаты, которые потом можно спокойно вывести из организма.

При тяжелой степени отравления помощь должна быть молниеносной, что порой бывает невозможным, в таких ситуациях летальный исход может наступить в течение 24 часов. Уже 0,2-0,5 г этих веществ могут вызвать тяжелейшее отравление, не говоря уже о 0,8 г, которые могут привести к смерти.

При таком сильном отравлении необходимо в срочном порядке сделать промывание желудка и клизму с раствором сульфата магния и натрия. С помощью рвотных средств можно удалить нерастворимые соли бария, но это уже должно происходить в условиях стационара, как и последующее лечение.

Мало кому придет в голову принять барий внутрь, однако в медицинской практике были случаи, когда его употребляли ошибочно вместо другого препарата. Вот почему нужно знать, как вести себя в подобной ситуации.

Если говорить о работе на вредном производстве, то здесь главное – это вовремя сделать спектральный анализ волос, специальная процедура, которая поможет определить наличие хронического отравления солями бария. Ведь можно долгие годы не замечать проблемы, пока однажды не наступит кризис. Конечно, цена процедуры немаленькая, но здоровье все равно дороже. Так что стоит обезопасить себя и провериться, а в придачу к этому желательно время от времени проводить анализ питьевой воды в своем регионе.

Суточная потребность в барии

Несмотря на то, что свойства бария изучены плохо, существует суточная норма этого минерала. Она равна 0,3-0,9 мг в сутки. Воздействие бария на человеческий организм не всегда имеет негативный характер. Когда он работает вместе с ацетилхолином (это один из главных нейромедиаторов), их совместное действие расслабляет сердечную мышцу.

Человеческий организм получает барий вместе с водой и пищей. Этим минералом очень богаты морепродукты, в них его во много раз больше, чем в морской воде, а в морских водорослях его еще больше. То же самое касается и растений: если почва богата барием, то выросшее на ней растение будет в разы превышать это количество. В воде тоже может быть много бария, все зависит от местонахождения источника, а вот в воздухе этого элемента немного.

В отечественной и зарубежной литературе имеются многочисленные данные, указывающие на широкий спектр действия соединений бария на организм человека. В частности, воздействие бария неблагоприятно отражается на кроветворной, сердечнососудистой и нервной системах, нарушаются функции печени и желудочно-кишечного тракта, разрушается витамин C.

В условиях производства соединения бария поступают в организм в основном в виде аэрозолей дезинтеграции через органы дыхания и в меньшей степени через желудочно-кишечный тракт или поврежденную кожу.

Токсичность солей бария во многом зависит от степени их растворимости в воде и биосредах организма. Наиболее токсичными являются такие соединения, как хлористый, азотнокислый, углекислый, сернистый и гидроксид бария, а также оксид и перекись его. Не растворимый в воде, кислотах и щелочах сернокислый барий токсическими свойствами не обладает. Отравления соединениями бария по степени тяжести могут носить как острый, так и хронический характер.

Острое отравление возможно при поступлении через рот или в значительных концентрациях через органы дыхания хорошо растворимых бариевых соединений. При этом поражаются в первую очередь желудочно-кишечный тракт (боли в желудке, рвота, понос), сердечнососудистая нервная система (повышенное кровяное давление, брадикардия, головокружение, расстройство походки и зрения, судороги и параличи). В тяжелых случаях возможна смерть от паралича сердца.

Хроническое отравление возникает при длительном поступлении через органы дыхания малых количеств бариевых соединений в виде аэрозолей. В частности, многолетнее поступление в легкие ультрадисперсного углекислого бария вызывает общетоксическое действие на организм.

Результаты поликлинического обследования рабочих бариевого производства и данные экспериментальных исследований при хронической ингаляционной затравке животных пылью углекислого бария показали, что хроническая бариевая интоксикация характеризуется нарушением сосудистого тонуса по гипер- и гипотоническому типу, поражением миокарда с изменением функции сердечной проводимости и нарушением фосфорно-кальциевого обмена в организме. При этом страдает система кроветворения (снижение гемоглобина, лейкоцитоз, тромбопения) и нарушается белковообразовательная и дезинтоксикационная функция печени, а также угнетается активность ферментов.

Длительное поступление в легкие пыли нерастворимого сернокислого бария вызывает у рабочих профессиональный пневмокониоз баритов. Пыль углекислого бария также обладает выраженным фиброгенным действием. Для большинства соединений бария характерно наличие местного раздражающего действия на кожу и слизистые оболочки - последнее наиболее выражено у гидрата окиси бария.

В эксперименте на животных установлено, что барий обладает выраженной способностью к кумуляции и долго задерживается в организме. Кроме того, ион бария легко проникает через плацентарный барьер и в период лактации может выделяться с молоком матери.

Предельно допустимая концентрация содержания аэрозолей бариевых соединений в воздухе рабочей зоны установлена - для абсолютно не растворимых (сернокислый барий) на уровне 6 мг/м 3 , для растворимых в биологических средах организма (углекислый барий) на уровне 0,5 мг/м 3 .

Биологическая роль и токсичность.

Биологическая роль бария изучена недостаточно. В число жизненно важных микроэлементов он не входит.

Все растворимые в воде соединения бария высокотоксичны. Вследствие хорошей растворимости в воде из солей бария опасен хлорид, а также нитрат, нитрит, хлорат и перхлорат. Хорошо растворимые в воде соли бария быстро резорбируются в кишечнике.

Симптомы острого отравления солями бария: слюнотечение, жжение во рту и пищеводе. Боли в желудке, колики, тошнота, рвота, понос, повышенное кровяное давление, твёрдый неправильный пульс, судороги, позже возможны и параличи, синюха лица и конечностей (конечности холодные), обильный холодный пот, мышечная слабость, в особенности конечностей, доходящая до того, что отравленный не может кивнуть головой. Расстройство походки, а также речи вследствие паралича мышц глотки и языка. Одышка, головокружение, шум в ушах, расстройство зрения.

В случае тяжёлого отравления смерть наступает внезапно или в течение одних суток. Тяжёлые отравления наступают при приёме внутрь 0,2 -- 0,5 г солей бария, смертельная доза 0,8 -- 0,9 г.

Для оказании первой помощи необходимо промыть желудок 1 %-ным раствором сульфата натрия или магния. Клизмы из 10 %-ных растворов тех же солей. Приём внутрь раствора тех же солей (20,0 ч. соли на 150,0 ч. воды) по столовой ложке каждые 5 мин. Рвотные средства для удаления из желудка образовавшегося нерастворимого сульфата бария. Внутривенно 10--20 мл 3 %-ного раствора сульфата натрия. Подкожно -- камфора, кофеин, лобелин -- по показаниям. Тепло на ноги. Внутрь слизистые супы и молоко .

Подходящие приспособления для мытья и другие санитарные устройства должны быть обеспечены работникам, контактирующим с токсичными растворимыми соединениями бария, должны быть установлены жесткие правила индивидуальной гигиены. Курение, еда и питье на рабочем месте должны быть строго запрещены. Полы в рабочих помещениях должны быть плотными и регулярно мыться. Необходимо прилагать усилия для снижения концентрации баритовой пыли в воздухе до минимума. Вдобавок, особое внимание следует уделять наличию оксида кремния во взвешенной в воздухе пыли.