Výskyt arsenu v přírodě a jeho dopad na životní prostředí

Arsen patří mezi tzv. metalloidy neboli polokovy. Do této skupiny bývá řazen také selen, křemík či germanium. Arsen (As) je toxický polokovový prvek, který doprovází v přírodě síru a do prostředí se dostává vyluhováním sulfidických rud, emisemi ze spalování uhlí, z chemického průmyslu, z deratizačních prostředků apod. V současnosti je ve značné míře využíván v elektrotechnice (polovodič - arsenid gallia).

V přírodě se arsen vyskytuje jako stopový prvek mnoha druhů hornin a sedimentů. Uvolnění arsenu do podzemní vody souvisí s geochemickými podmínkami dané oblasti. Arsen se v přírodě vyskytuje ve formě sulfidů, v malých množstvích doprovází téměř všechny sulfidické rudy. Nejvýznamnější rudou arsenu je směsný sulfid železa a arsenu, arsenopyrit (FeAsS) a také löllingit (FeAs2). Mezi další sulfidy arsenu patří např. realgar AsS a auripigment As2S3.

Arsen se v přírodě vyskytuje v organické i anorganické formě. Vyskytuje se v oblastech, které souvisí s hutním průmyslem, výrobou barviv či spalováním fosilních paliv. Kontaminaci arsenem najdeme i v oblastech, kde je rozšířen zemědělský průmysl, který využívá anorganické hnojení. Kromě zmíněných míst daný prvek najdeme i v oblastech bývalých důlních měst.

Zdroje arsenu v životním prostředí

Přirozeným zdrojem arsenu v životním prostředí je vulkanická činnost. Arsen se do vzduchu uvolňuje především lidskou činností. Z ovzduší se potom buď spadem, nebo vymytím deštěm dostává do půdy nebo vody, kde může přetrvávat velice dlouhou dobu, protože má značnou schopnost kumulovat se v sedimentech. Antropogenním zdrojem arsenu je spalování fosilních paliv, hutní a rudný průmysl, výroba barviv, koželužny, aplikace některých insekticidů a herbicidů, textilní a sklářský průmysl.

• Vysoký obsah arsenu ve spodní vodě mají na svědomí především skládky.
• V České republice jsou největší problémy s arsenem v důlních vodách.
• Vysoký obsah arsenu ve vodě byl zjištěn zejména v Kutné Hoře v lokalitě Kaňk.
• V minulosti se zde těžilo stříbro, a právě tento kov se často vyskytuje spolu s arsenem.

Výskyt arsenu ve vodě

Arsen je běžnou součástí podzemních i povrchových vod. Jde obvykle o koncentrace v jednotkách až desítkách µ/l. Za přirozené pozadí v podzemních vodách se považuje koncentrace cca 5 µ/l. Na vlastnosti vody nemá žádný vliv, takže bez chemického rozboru vody lze jeho přítomnosti jen těžko odhalit.

Čtěte také: Přírodní zdroje soli

Ve vodách se arsen vyskytuje v oxidačním stupni 3+ a 5+ nebo organicky vázaný. Vzhledem k rozdílným oxidačně-redukčních podmínkám dochází ve vodách hlubších nádrží a jezer k vertikální stratifikaci As3+ a As5+. Ve svrchní vrstvě vody (epilimnion) dochází k postupné oxidaci na As5+, biologickou činností fytoplanktonu vznikají methylderiváty a arsen se sorbuje na hydratované oxidy Fe a Mn. Ve spodní vrstvě vody (hypolimnion) se arsen naopak uvolňuje z hydratovaných oxidů Fe a Mn a při destrukci biomasy. Dochází také k postupné redukci na As3+.

Obvyklé koncentrace arsenu v podzemních i povrchových vodách jsou v jednotkách až desítkách mikrogramů na litr. Průměrná koncentrace arsenu v pitných vodách ČR se pohybuje okolo 2 μg.l−1, přičemž Vyhláška Ministerstva zdravotnictví 252/2004 Sb. povoluje nejvyšší mezní hodnotu arsenu v pitné vodě 10 μg.l−1.

Toxicita arsenu a jeho vliv na lidské zdraví

Sloučeniny arsenu patří k nejstarším a nejznámějším jedům a bohužel jsou stále používané zejména pro výrobu herbicidů či prostředků na ochranu dřeva. Arsen a jeho sloučeniny patří prokazatelně k lidským karcinogenům, Arsen je klasifikován jako karcinogen, způsobuje rakovinu plic a kůže a zvyšuje pravděpodobnost nádorů jater, ledvin a močového měchýře.

Toxicita a způsob absorpce sloučenin arsenu organismem závisí na rozpustnosti sloučeniny. Velmi málo rozpustný sulfid arsenitý je netoxický. Kovový arsen je nejedovatý, v organismu je však metabolizován na toxické látky, nejčastěji na Al2O3. Všechny ostatní látky obsahující arsen jsou jedovaté. Arsen vázaný v organických látkách je obvykle méně toxický než arsen z anorganických sloučenin. Sloučeniny As3+ jsou asi pětkrát až dvacetkrát toxičtější než As5+.

Člověk přijímá arsen ze 70 % v potravě, 29 % v pitné vodě a 1 % ze vzduchu. Většina arsenu v potravě je však přítomna ve formě organických komplexů, které jsou méně toxické.

Čtěte také: Výskyt rtuti v přírodě

Akutní účinky: akutní otrava arsenem končící smrtí nastává při příjmu pitné vody a obsahem arsenu 60 000 ppb As.l−1 (1 ppb = 1 mg.m−3). Příjem pitné vody s obsahem 300-30 000 ppb As.l−1 způsobuje podráždění žaludku, nevolnost, zvracení a střevní potíže. Dochází k poklesu červených a bílých krvinek.

Pro chronickou orální expozici jsou charakteristické především změny na pokožce (způsobuje hyperkeratosu), může dojít k vypadávání vlasů a nehtů. Častý je také úbytek váhy a anemie. Poškození jater může mít za následek až cirhózu. Dochází k abnormalitám na elektrokardiogramu, k nemocem cév a zvyšování krevního tlaku.

Sloučeniny arsenu poškozují nejprve periferní, poté i motorické svalstvo, způsobují celkovou slabost, a poškozují játra.

Možnosti odstranění arsenu z vody

Naštěstí lze arsen z vody odstranit pomocí jednoduchých technologií jako je adsorpce na oxidy a hydroxidy železa nebo společné srážení se železem. Bylo prokázáno, že arsen se velmi značně sorbuje na hydratovaných oxidech železa a hliníku, přičemž AsV se zadržuje podstatně více než AsIII. Optimum adsorpce AsV leží v kyselé oblasti pH, protože AsV se zde vyskytuje převážně jako anion a jeho adsorpce vyžaduje naopak kladně nabitý povrch hydratovaného oxidu. Menší adsorpce AsIII může být způsobena tím, že je přítomen převážně v neiontové formě; a proto je výhodné převést předem všechny formy arsenu oxidací na AsV. Další příčinou je, že arseničnan železitý je méně rozpustný než arsenitan železitý.

V současnosti je ovšem pravděpodobně tou nejpoužívanější využití granulovaných materiálů na bázi oxidů a hydroxidů železa. Odstranění arsenu probíhá na principu nevratné chemisorpce. Chemisorpce je speciální případ adsorpce kdy mezi adsorbovanou látkou a adsorbčním materiálem vzniká chemická vazba. A protože chemická vazba může vznikat jen mezi určitými molekulami je chemisorpce velmi specifická. Na povrch materiálu se při chemisorpci zachytí jen jedna vrstva molekul, na ni ale mohou být na základě fyzikálních interakcí vázány další vrstvy.

Čtěte také: Recyklace kyseliny tereftalové

V současnosti se nejvíce využívá sorpce na granulované médium na bázi oxidů a hydroxidů železa. Jedná se o selektivní, nenáročnou, ekonomicky přijatelnou a velmi účinnou metodu, která je schopna snížit koncentraci arsenu ve vodě pod limit 10 μg.l−1. Principem funkce je nevratná chemisorpce odstraňovaného arsenu.

Mezi nejrozšířenější adsorbenty patří:

• GEH
• Kemira CFH
• Bayoxide E33

Arsen lze z vody také vysrážet ve formě arseničnanů železa či vápníku. Tato metoda je často používaná v průmyslu, kde se z roztoku obsahující arsen společně se železem nechá vykrystalizovat tzv. skorodit (chemicky se jedná o dihydrát arseničnanu železitého). Pro zaostalejší oblasti (zmiňovaná Bangladéš) se osvědčilo vysrážení arsenu ve formě ferihydritu. Laicky řečeno, čím je poměr železo ku arsenu větší, tím se ferihydrit méně rozpouští ve vodě. Menší rozpustnost ferihydritu znamená, že bude z vody odstraněno více arsenu.

Zajímavé možnosti odstranění arsenu z vody nabízejí také membránové technologie. Také lze využít další membránové technologie, jako je např. nanofiltrace a reverzní osmóza. Z tohoto experimentu vyplynuly zajímavé údaje, například to, že arsen je lépe odstraňován, pokud je pH vyšší (tedy pokud se pohybujeme v zásaditější oblasti), a že i pomocí nanofiltrace lze při vyšších provozních tlacích z vody odstranit téměř veškerý přítomný arsen. Použití reverzní osmózy se testovalo také v Park City v Utahu.

Legislativa a limity arsenu

Maximální limity některých kontaminujících látek v potravinách jsou stanoveny Nařízením Komise (ES) č. 1881/2006. Arsenu se speciálně věnuje Nařízení Komise (EU) 2015/1006, které mění Nařízení 1881/2006, pokud jde o maximální limity anorganického arsenu v potravinách.

0,01 mg/l nejvyšší mezní hodnota (NMH) pro arsen (vyhl. č. nejvyšší mezná hodnota (NMH) 0,005 mg/l (podle přílohy č. 2 k vyhlášce 275/2004 Sb.) Balené přírodní minerální vody: nejvyšší mezní hodnota (NMH) 0,01 mg/l (podle příl. č. 1 k vyhl. č. V případě arsenu jsou v České republice vzhledem ke geochemickým poměrům v horninovém prostředí běžné vyšší koncentrace než uvedené indikátory znečištění.

Vyhláška 153/2016 Sb. stanoví v zemědělské půdě tzv. preventivní limity rizikových látek a prvků. Běžné půdy: 20 mg/kg sušiny (extrakce lučavkou královskou). V případě arsenu jsou v České republice vzhledem ke geochemickým poměrům v horninovém prostředí běžné vyšší koncentrace než uvedené indikátory znečištění.

Vyhláška MŽP č. 294/2005 Sb.stanuje v Příloze č.2 limit pro arsen pro jednotlivé výluhové třídy v mg/l: I=0,05, IIa=2,5, IIb=0,2, III=2,5. Dále v Příloze č.10 stanovuje přípustný obsah arsenu v sušině v odpadech využívaných na povrchu terénu ve výši 10 mg/kg suš.

Vyhláška MŽP č. 382/2001 Sb. upravuje použití čistírenských kalů na zemědělské půdě. Pro arsen je mezní hodnota 30 mg/kg suš. (Příloha č. 3).

Příloha č. 2 k Vyhlášce Ministerstva zdravotnictví č. 53/2002 Sb. uvádí přehled přípustných koncentrací arsenu v potravinách.

Arsen je na seznamu látek zakázaných používat do kosmetických přípravků - viz Příloha č. 2 k nařízení vlády č. 174 /1998 Sb. Příloha č. 4 téhož nařízení dále specifikuje požadavky na čistotu použitých surovin a barviv.

Integrovaný registr znečišťování (NV č. 368/2003 Sb.): ohlašovací prahy v kg/rok pro emise do vzduchu = 20, pro emise do vody = 5, pro emise do půdy = 5 a pro přenosy mimo provozovnu = 5.

Zákon o chemických látkách (Vyhláška č. 221/2004 Sb.) omezuje použití sloučenin arsenu nebo přípravků, které tyto látky obsahují.

Metody stanovení arsenu

Pro stanovení As ve vodných roztocích lze obecně použít techniku atomové absorpční spektrometrie (AAS), nejlépe s hydridovou atomizací, dále techniku ICP-OES (emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem) nebo ICP-MS (hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem).

Pro stanovení arsenu ve specifických matricích je k dispozici řada normovaných postupů:

* Evropská norma EN 14385:2004 má status české technické normy.

tags: #arsen #výskyt #v #přírodě

Oblíbené příspěvky:

• Dovolená na EkoFarmě Sádky
• Co je úroková sazba emise dluhopisu?
• Svoz odpadu a nájemní smlouva
• Pravidla kempování v Chorvatsku
• Ohrožené želvy v zoo