Тяжелая вода, бассейны у АЭС – чем опасны для окружающей среды?

Тяжелая вода, бассейны у АЭС – чем опасны для окружающей среды?

Любая жизнь на нашей планете неразрывно связана с водой, которая до середины 19 века считалась простым элементом, и только позже оказалось, что вода – это химическое соединение. Человечество регулярно потребляет миллиарды литров. С потреблением некачественной воды медики связывают более 50% всех заболеваний. В прозрачной на вид жидкости содержатся десятки химических и органических веществ. Одни из них обязательны для нашего здоровья, а другие приводят к проблемам со здоровьем.

Присутствие ряда примесей можно определить с помощью органолептических показателей: запаха, вкуса и внешнего вида, но такие опасные примеси, как нитраты, тяжелые металлы и радиоактивные элементы невозможно почувствовать. Они постепенно накапливаются в организме, но выявить их присутствие могут только специальные анализы и исследования.

Ряд вредных для живого мира соединений присутствует в окружающей среде в мизерных количествах и не могут навредить. К сожалению, некоторые из них нашли применение в промышленной отрасли, поэтому их научились синтезировать искусственно. Например, тяжелая вода, которая нашла применение в ядерной энергетике, отрасли, которая относится к самым опасным.

Что такое тяжелая вода и сколько она весит?

По химической формуле тяжелая вода не отличается от обычной, но вместо двух простых атомов водорода, в ее состав входят атомы дейтерия – его тяжелого изотопа. Всего подобных комбинаций воды насчитывается около 50, а теоретически – больше 100. Тяжелую воду обозначают D2O или 2H2O. Ее органолептические показатели ничем не отличаются от простой воды.

Существование дейтерия прогнозировал известный ученый Э. Резерфорд. Впервые молекулы тяжеловодородной воды заметил и описал в начале 1930-х американец Гарольд Юри. Исследователь нашел их в осадке, образовавшемся после выпаривания простой воды. За свое открытие химик получил Нобелевскую премию.

Ключевая особенность тяжелой воды в том, что она практически не поглощает нейтроны. Это качество позволило использовать ее для торможения нейтронов в ядерных реакторах и в качестве теплоносителя. Также ее применяют как изотопный индикатор в биологии и химии

В лабораторных условиях ее синтезировал в 1933 году Гильберт Льюис с помощью электролиза. В природе соотношение между молекулами обычной и тяжелой водой в природных условиях 1/5500. Некоторое количество дейтерия находится в составе полутяжелой воды HDO – в ней только один атом водорода заменяется дейтерием.

После определения полезных качеств тяжелой воды началось ее промышленное производство. Первое предприятие этого направления «Норск-Гидро» заработало в Норвегии в 1934году. Суть производства сводилась к расщеплению легкой воды с помощью электролиза. С тяжелой водой связаны несколько эпизодов Второй мировой войны. С подачи ядерщика Ф. Жолио-Кюри Франция закупила весь мировой запас в объеме еще до боевых действий. Во время оккупации Норвегии в Германию было ввезено 500 кг тяжелой воды. Чтобы предотвратить создание ядерной бомбы диверсионная бригада подорвала завод, который был впоследствии восстановлен немцами.

Как тяжелая вода влияет на живые организмы

Вместе с производством и применением в ядерной энергетике начались исследования воздействия больших количеств тяжелой воды на живые организмы. Она играет значительную роль в протекании биологических процессов. В реальных условиях концентрации тяжелой воды сверхнизкие и вероятность потребления отравляющего количества невозможна.

Тяжелая вода имеет токсичный статус. После экспериментов над животными ученые получили следующие результаты:

• Замедление протекания химических реакций;
• Стерильность лабораторных млекопитающих (иногда необратимая) при замене четверти атомов водорода дейтерием;
• 30% содержание дейтерия приводило к изменениям в обменных процессах, разрушению почек;
• Гибель после недельного потребления тяжелой воды вместо обычной;
• Растения прекращали расти при поливе водой с пропорцией 50/50;
• Рыбы погибали после накопления 90% дейтерия в организме;
• Простейшие и водоросли выживают в тяжелой воде.

Снижение концентрации дейтерия в питьевой воде дало отличные результаты – увеличивалась численность и качество потомства, пшеница созрела раньше с повышенной урожайностью. Эти результаты стали основой теории, что исключение дейтерия станет путем к существенному продлению жизни

Независимые исследования однозначно доказали, что тяжелая вода отрицательно влияет на флору и фауну, хотя клетки бактерий, водорослей, грибов и растений успешно адаптируются к жизни с тяжелой водой. Время привыкания зависит от вида живого организма. Рекордсменами считаются чайный гриб 1 сутки и хлорелла – 6 суток. Наблюдается прямая зависимость, чем сложнее объект, тем дольше идет процесс адаптации к тяжелой воде, ее можно считать прототипом мертвой воды из сказок.

Как человек реагирует на потребление тяжелой воды

В нашем теле содержится около 75% воды. Если исходить из данных, что 1000 л воды содержится 150 мл тяжелой, то получается, что за свою жизнь человек выпивает максимум 15 л воды дейтериевой воды. Содержание дейтерия в природных условиях зависит от климатических особенностей зоны. Например, глобальное потепление увеличивает концентрации изотопа. Из-за разности температур испарения в жарких странах тяжелой воды больше, чем в умеренных и холодных широтах.

Каждый живой организм – это набор сбалансированных химических реакций. Он способен самостоятельно противостоять заболеваниям, обновлять клетки и регулировать метаболизм. Как только наступает сбой, появляются проблемы со здоровьем. Тяжелая вода замедляет биохимические процессы, что несовместимо с жизнью большинства растений и животных. Последствия определяются исходным содержанием дейтерия в организме, периодом и количеством употребления дейтериевой воды. Среди стабильных изотопов, он имеет наиболее выраженное влияние на все живое. Его атомы идентичны водороду и могут его замещать в клетках, в том числе и в молекулах РНК и ДНК. В биологическом плане – это неравноценная замена.

Был период, когда отрицательное и замедляющее действие дейтерия пытались использовать для лечения опухолей. Итог эксперимента – опухоли уменьшались, но лабораторные мыши погибли. Дейтерий не может продлевать жизнь.

По количеству в человеческом организме дейтерий в атомных процентах стоит на 12 месте и относится к категории микроэлементов. Выходит превышение потребления – вред, а полное изъятие – непредсказуемые последствия

Отравление тяжелой водой

Тяжелая вода опасна только при потреблении в больших количествах и регулярно. Стоимость оборудования и производства высока, поэтому шанс попасть на разлив в повседневной жизни маловероятен. Исключение представляют территории населенных пунктов вокруг атомных электростанций, где она используется. Проходя по трубам, вода вбирает остаточные следы радиоактивных веществ, и становится ядовитой.

Более опасным изотопом считается тритий. Исследования показали, что, несмотря на меры безопасности, он медленно, но уверенно распространяется вокруг АЭС, отравляя водоемы и колодцы. По идее, тяжелая вода должна циркулировать только в пределах закрытого контура, но в охлаждающих бассейнах для ускорения остывания используется разбрызгивание, при котором часть водной пыли и капель уносится за пределы порывами ветра.

Самым популярным методом очистки тяжелой воды в домашних условиях считается охлаждение с последующей фильтрацией кристалликов льда. Дейтериевая вода замерзает при 3,8 градусах, поддерживая ее можно добиться кристаллизации дейтериевой воды с последующим отцеживанием. К сожалению, проверить результативность подручными средствами невозможно, а для реальной очистки тяжелой воды используется изотопный обмен, электролиз, ректификация, вакуумная заморозка – методы, которые доступны только в специализированных лабораториях.

Нас читают! Обзор самых популярных статей информационного раздела

D2O или что такое «тяжелая» вода?

Бытует мнение, что кипячение воды «утяжеляет» ее. Так ли это? И что значит «утяжеляет»? Узнаете в этой статье.

Мнение о том, что многократное кипячение воды увеличивает концентрацию тяжелых металлов, распространено довольно широко.

Однако недавно ученые пришли к выводу, что опасность этого процесса сильно преувеличена. По сути — это миф, который легко можно опровергнуть.

История вопроса

Всем известно, что вода состоит из 2-х атомов водорода и 1-го атома кислорода. Однако то, что у водорода есть подтипы, соответствующие его изотопам: протий, дейтерий и тритий, знают не все.

Самый распространенный подтип – протий, он самый легкий. Дейтерий (D) и тритий (T) являются тяжелыми и сверхтяжелыми изотопами соответственно.

Отсюда возникли названия типов тяжелой воды воды: D2O — тяжелая, T2O — сверхтяжелая. Но все не так просто.

Об изотопах

Изотопы (от др.-греч. ισος — «равный», и τόπος — «место») – это разновидности атомов (ядер) какого-либо химического элемента, имеющие одинаковый порядковый номер, но разное массовое число.

Чем больше нейтронов в ядре, тем тяжелее элемент. Изотопы бывают 2-х видов: стабильные и нестабильные (радиоактивные).

Вернемся к нашему водороду. Как уже было отмечено, у водорода в привычной нам форме (протий) имеются два близнеца: дейтерий и тритий:

• Протий состоит из 1 протона и 0 нейтронов
• Дейтерий состоит из 1 протона и 1 нейтрона
• Тритий состоит из 1 протона и 2 нейтронов

Как видно, самым тяжелым изотопом является тритий, так как он имеет наибольшее число нейтронов. Далее идет дейтерий и самый легкий – протий.

О дейтерии и тритии

Сами по себе тяжёлые изотопы безусловно опасны для здоровья, но только если превышают определенный порог концентрации в воде.

Всего насчитывается около 135 различных видов молекул воды, если учитывать различные сочетания изотопов водорода и кислорода.

В обычной питьевой воде содержание дейтерия ничтожно мало – тысячные доли процента. К тому же дейтерий является стабильным изотопом, то есть нерадиоактивен.

Например, чтобы получить 1 стакан тяжелой воды (D2O), потребуется несколько раз вскипятить около 9 тонн обычной воды. То есть, если вы кипятите воду в чайнике, никакого вреда не будет. Даже при повторном кипячении. Это крайне малый объем.

Что касается самого тяжелого изотопа – трития, то он может превратить воду не просто в тяжёлую, а в сверхтяжелую. Он действительно опасен, так как является нестабильным радиоактивным изотопом.

Однако тритий не содержится в воде, так как даже в природе практически не встречается (миллионные доли процента). Получить его можно только в ходе химической ядерной реакции.

Вывод

Ни дейтерий, ни тритий не опасны при кипячении воды. Дейтерий имеет крайне низкую концентрацию, а тритий практически не может оказаться в воде.

Чайник – это не ядерный реактор. Кипячение воды в нем не может привезти к образованию в воде опасных тяжелых изотопов в том количестве, которое может стать опасным для здоровья человека.

Автор: ВодаБриз.ру
Внимание! При копировании данного материала просим указывать ссылку на сайт vodabriz.ru!

Другие записи

Известный британский врач рассказывает о простом напитке, который помогает бороться со вздутием живота и устранять симптомы этого недуга.

Загрязнение воды тяжелыми металлами: опасность для водной среды, последствия и способы предотвращения

Питьевая вода в прозрачном стакане внушает доверие внешним видом и прекрасно утоляет жажду. Но говорить о гарантированной безопасности этой воды нельзя.

Всегда остаётся вероятность попадания в гидросферу тяжелых металлов из загрязненной человеком водной среды.

Опасность загрязнения водоемов и мирового океана данными элементами связана с тем, что тяжелые металлы в воде не обнаруживаются органолептически, то есть не заметны на вкус, запах и цвет.

Их присутствие в чашке чая или скважине на дачном участке определит только химическая лаборатория, располагающая методиками анализа и необходимым оборудованием для контроля качества вод.

Понятие и определение

К тяжелым металлам с точки зрения химии относят элементы таблицы Менделеева, обладающие металлическим свойствами и относительной атомной массой выше 50. Другой критерий — плотность, равная или превышающая удельный вес железа (7,8 г/см 3 ).

Но в водоочистке и медицине понятие «тяжелые металлы» трактуется шире. Этот термин объединяет вещества с металлическими свойствами, наносящие серьезный ущерб людям и экосистемам.

Самыми опасными являются следующие элементы:

• хром (51,9);
• никель (58,7);
• кобальт (58,9);
• медь (63,5);
• цинк (65,4);
• мышьяк (74,9);
• кадмий (112,4);
• ртуть (200,6);
• свинец (207,2).

С чем связана опасность?

В гидросферу тяжелые металлы попадают в ходе природных процессов и в результате человеческой деятельности.

Загрязнение водоемов и водотоков природными тяжелыми элементами происходит тогда, когда пластовые воды растворяют минералы горных пород, а частицы почвы, разрушенной эрозиями, уносятся в водоемы вместе с атмосферными осадками.

Тяжелые металлы берутся в почве, а затем мигрируют в гидросферу в результате трёх естественных процессов в природе:

1. Прямое обогащение. Чернозём на Алтае естественно обогащен мышьяком в концентрации 100-150 мг/кг.

1. Нарушение баланса между химическими элементами. Содержание мышьяка в странах Южной Азии превышает 200 мкг/л при норме 10 мкг/л. Причина — нарушение буферной роли почвы, в сдвиге оптимального соотношения мышьяка и железа в водонасыщенных осадках, где благодаря присутствию пирита образуется восстановительная среда.

1. Активизация литогенных тяжелых элементов. В почве западной части США в фосфоритных месторождениях и сопряженных с ними углистоглинистых сланцах содержится селен (Se) в концентрации 700 мг/кг при норме для почв США 0,4 мг/кг. В момент орошения этих участков для нужд сельского хозяйства селен почвы становится подвижным и переносится в водоемы с потоками дренажной воды. Концентрация Se в телах животных и тканях водолюбивых растений достигает уровня 3000 мг/кг. Гибель скота в штатах Айдахо, Юта и Вайоминг учёные связывают с высоким содержанием селена, содержащегося в воде и растениях этих территорий.

Природное загрязнение гидросферы тяжелыми металлами нельзя игнорировать, но большинство токсичных элементов в воду сбрасывает всё же человек, непрерывно наращивающий масштабы промышленного производства и сельскохозяйственной деятельности.

Источники антропогенного загрязнения водоемов

К таковым относятся:

• горнодобывающие заводы;
• тепловые электростанции;
• заводы, производящие пластмассу, композиты, краски;
• металлургическая промышленность;
• нефтеперегонные заводы и предприятия по добыче нефти;
• металлургические комбинаты;
• заводы по производству электротехники и гальванического оборудования;
• комбинаты по выпуску удобрений;
• свалки бытовых отходов и крупные промышленные полигоны.

Недостаточное очищение промышленных и бытовых стоков, а также смыв удобрений с полей загрязняет поверхностные водоемы, ощутимо затрудняя их использование. При повреждении водоупорных горизонтов ядовитые вещества с поверхности способны просочиться в подземные водотоки, поэтому водозаборные скважины также не защищены от агрессивных антропогенных воздействий.

Последствия

Тяжелые металлы из поверхностных и подземных вод при недостаточной очистке проникают в систему водоснабжения, и затем с питьевой водой попадают в организм человека. Тяжёлые металлы склонны к биоаккумуляции – накоплению в органах и тканях с течением времени.

С каждой чашкой чая, если вода загрязнена, незаметные токсиканты проникают в тело человека. Тяжелые металлы опасны тем, что они сохраняются быстрее, чем они расщепляются (метаболизируются) или выводятся из организма.

Концентрация токсичных химических веществ в организме со временем увеличивается и с определенного момента начинает негативно воздействовать на здоровье.

Люди становятся восприимчивыми к простудам, страдают аллергией, мышечными болями. Нарушается память, снижаются умственные способности, появляется вялость или наоборот нервозность. При длительном воздействии тяжелых металлов на организм человека развиваются состояния, имитирующие болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз.

Повторный длительный контакт с некоторыми тяжелыми металлами и их соединениями провоцирует онкологические заболевания.

Последствия загрязнения вод мирового океана различными видами металлом мы свели в таблицу:

• природные месторождения;
• производство красок/пигментов;
• гальваника;
• кожевенные заводы;
• предприятия химической промышленности.

• заболевания легких, носовой перегородки, барабанной перепонки;
• тяжелые дерматиты;
• тяжелые поражения почек, печени, ЖКТ.

• месторождения сульфидных медно-никелевых, железоникелевых руд;
• распад растений и животных;
• сточные воды после никелирования;
• сжигание ископаемого топлива;
• стоки заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик.

• выщелачивание медноколчедановых и других руд;
• распад мёртвых организмов и растений;
• сточные воды металлургических, металлообрабатывающих и химических заводов.

• сердечная недостаточность;
• бронхиальная астма;
• патологии щитовидной железы.

• коррозия медных трубопроводов;
• стоки гальванических производств, нефтеперерабатывающих заводов, сельского хозяйства;
• природные процессы.

• язва желудка;
• нарушения работы почек, печени, ЦНС;
• снижение иммунного ответа организма.

• природные процессы (выветривание, вымывание) в горных породах;
• сточные воды горных, химических, металлургических предприятий.

• канцероген;
• бесплодие, снижение иммунитета.

• плавка меди, цинка и свинца;
• производство пестицидов, стекла, красок, фунгицидов;
• выпуск полупроводников, мыла, лекарств;
• сельское хозяйство, промышленность, горное дело;
• естественные источники (почвы, горные породы).

• кровь, почки;
• пищеварительная и центральная нервная система;
• поражения кожи (утолщение, пигментация);
• рак кожи, легких, мочевого пузыря и почек.

• аккумуляторы, сотовые телефоны;
• беспроводные устройства, компьютеры;
• ядерные реакторы;
• коррозия оцинкованных труб;
• выбросы предприятий по переработке металлов.

• канцероген;
• печень, плацента, почки;
• легкие, головной мозг;
• поражение костей (ломкость, искривление, хрупкость);
• рак прямой кишки и легких.

• природные месторождениях в виде руд, содержащих другие элементы;
• люминесцентные лампы;
• термометры, термостаты.

• поражает головной мозг, почки;
• нарушение зрения, тремор;
• нарушение речи, слуха;
• накапливается в организме, вызывая долгосрочные проблемы со здоровьем.

• природные отложения свинца;
• коррозия свинцовых водопроводных труб, кранов, арматуры;
• промышленные и производственные процессы.

• кости, головной мозг, кровь, почки, щитовидная железа, сосуды, ЖКТ;
• головокружения и головная боль;
• снижение внимания;
• замедление умственного развития у детей.

Способы предотвращения

На сооружениях очистки используют несколько способов удаления тяжелых металлов из воды. Выбор метода зависит от концентрации элементов в воде и степени загрязнения жидкости.

• возможность глубокой очистки;
• удаляются Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, цианиды.

• повторное загрязнение очищенных вод;
• дороговизна реагентов;
• образование обильного осадка.

Заключение

Решить проблему многолетнего антропогенного загрязнения воды тяжелыми металлами можно только путем улучшения экологической обстановки в стране и мире, поскольку даже современные методы очистки воды не позволяют досконально удалить все вредные примеси. И у себя дома не лишним будет установить фильтр для воды, чтобы самому не стать таким фильтром.

Источник https://tri-kolodtsa.ru/news/tyazhelaya-voda-bassejny-u-aes-chem-opasny-dlya-okruzhayushej-sredy.html

Источник https://vodabriz.ru/news/d2o_ili_chto_takoe_tyazhelaya_voda/

Источник https://rcycle.net/ekologiya/gidrosfera/zagryaznenie-vody-tyazhelymi-metallami-opasnost-dlya-vodnoj-sredy-posledstviya-i-sposoby-predotvrashheniya