Arsen kommt im Meerwasser (2-4 ppb) und in Flüssen (0,5-2 ppb) vor. Die Hälfte des vorhandenen Arsens ist an Partikel gebunden. Süßwasser- und Meeresalgen enthalten etwa 1-250 ppm Arsen, Süßwassermykrophyten 2-1450 ppm, Meeresweichtiere 1-70 ppm, Meereskrebse 0,5-69 ppm und Fische 0,2-320 ppm (alle Werte beziehen sich auf Trockenmasse). In einigen Meeresorganismen wie Algen und Garnelen kann Arsen in organischen Verbindungen gefunden werden.
Der von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) angewandte gesetzliche Grenzwert für Arsen in Wasser beträgt 10 µg/L.
Auf welche Weise und in welcher Form reagiert Arsen mit Wasser?
Elementares Arsen reagiert normalerweise nicht mit Wasser in Abwesenheit von Luft. Es reagiert nicht mit trockener Luft, aber wenn es mit feuchter Luft in Kontakt kommt, bildet sich eine Schicht. Die Schicht hat eine Bronzefarbe und entwickelt später eine schwarze Oberfläche.
Ein Beispiel für eine Arsenverbindung, die stark mit Wasser reagiert, ist Orpiment. Dies ist eine amorphe Arsenverbindung. Reaktionsmechanismus:
As2S3 + 6 H2O -> 2 H3AsO3 + 3 H2S
In natürlichem Wasser nimmt Arsen an Oxidations- und Reduktionsreaktionen, Koagulation und Adsorption teil. Die Adsorption von Arsen an feine Partikel in Wasser und die Ausfällung mit Aluminium- oder Eisenhydroxiden führen dazu, dass Arsen in Sedimente gelangt. Nach einiger Zeit kann sich Arsen infolge von Reduktionsreaktionen wieder auflösen.
Löslichkeit von Arsen und Arsenverbindungen
Elementares Arsen ist ziemlich unlöslich, während sich Arsenverbindungen leicht auflösen können. Arsen ist hauptsächlich in wässrigen Lösungen als HAsO42- (aq) und H2AsO4- (aq) und höchstwahrscheinlich teilweise als H3AsO4 (aq), AsO43- (aq) oder H2AsO3- (aq) vorhanden.
Beispiele für die Löslichkeit von Arsenverbindungen: Arsen(III) -hydrid 700 mg/ l, Arsen(III) -oxid 20 g/l, Arsensäure (H3AsO4.1/2 H2O) 170 g/ l und Arsen(III) -sulfid 0,5 mg/ L.
Warum ist Arsen in Wasser vorhanden?
Arsenverbindungen sind in der Erdkruste reichlich vorhanden. Partikel werden während des Bergbaus freigesetzt und in der Umwelt verteilt. Arsen aus verwitterten Gesteinen und Böden löst sich im Grundwasser. Die Arsengehalte im Grundwasser sind in Gebieten mit geothermischer Aktivität besonders hoch. In aquatischen Ökosystemen anorganisches Arsen aus Gesteinen wie Arsentrioxid (As2O3), Orpiment (As2S3), Arsenopyrit (AsFeS) en Realgar (As4S4) ist am häufigsten.Arsen wird in verschiedenen Formen und Formen angewendet und kann als solches in Gewässer gelangen. Große Mengen an Arsen, die durch vulkanische Aktivität und Mikroorganismen freigesetzt werden, sind im Vergleich zu den Mengen, die beispielsweise durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzt werden, relativ gering. Metallisches Arsen wird in Blei- oder Kupferlegierungen verarbeitet, um die Härte zu erhöhen. Das extrem giftige arsenhaltige Gas ASH3 spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Mikrochips. Kupferarsenat (Cu3(AsO4) 2.4H2O) wird als Pestizid im Weinbau eingesetzt, seine Verwendung ist jedoch derzeit in vielen Ländern verboten. Paxit (CuAs2) ist ein Insektizid und Fungizid.Andere Arsenverbindungen werden als Holzschutzmittel, in der Glasverarbeitung, in der chemischen Industrie oder in der Halbleitertechnik zusammen mit Gallium und Indium eingesetzt.Niederländische Maler verwendeten Arsen als gelbes Pigment. Im Ersten Weltkrieg wurde Arsen in chemischen Waffen eingesetzt. Im Vietnamkrieg wurde Dimethylarsensäure zur Zerstörung von Reiskulturen eingesetzt.
Obwohl Arsen immer weniger angewendet wird, ist es immer noch in beträchtlichen Mengen in der Umwelt vorhanden. In der Nähe von verlassenen Minen können die Bodenmengen an Arsen beispielsweise immer noch bis zu 30 g / kg betragen.
Arsen wurde und wird für medizinische Zwecke verwendet. In Wasser aus sicheren Quellen hilft es wahrscheinlich bei der Heilung von Asthma, hämatologischen Erkrankungen, Dermatosen und Psychosen. Im 19.Jahrhundert wurden wässrige Lösungen von Kaliumarsenid (Fowler-Lösung) zur Behandlung von chronischem Asthma bronchiale und anderen Krankheiten eingesetzt. Zu Beginn des 20.Jahrhunderts wurden andere Arsenverbindungen zur Behandlung von Syphilis eingesetzt. Arsen kann bei der Heilung von Schlafkrankheit und Leukämie helfen.
Arsenverbindungen können durch die Nahrungsaufnahme weniger spezifisch in den Körper gelangen. Dies umfasst 90% der gesamten Arsenaufnahme, hauptsächlich aus Fischprodukten. Durch Fischmehl in Viehfutter kann Arsen in Fleisch und durch kontaminierte Böden in pflanzliche Produkte gelangen. In Pilzen in der Nähe gebildeter Arsenschmelzanlagen wurden Konzentrationen bis zu 50 mg/kg Trockenmasse gefunden.
Welche Umweltauswirkungen hat Arsen im Wasser?
Arsen ist eine essentielle Verbindung für viele Tierarten, da es eine Rolle bei der Proteinsynthese spielt. Es ist unklar, ob Arsen ein Nahrungsmineral für den Menschen ist. Arsentoxizität ist ein weiteres wichtiges Merkmal. Die Grenzkonzentration von Arsen beträgt 2-46 ppm für Süßwasseralgen. Der LC50-Wert für Daphnia Magna beträgt 7,4 ppm und für die amerikanische Auster 7,5 ppm. Diese Werte umfassen einen Zeitraum von 48 Stunden. Die chronischen Toxizitätswerte für einen Zeitraum von drei Wochen betragen 0,5 ppm für das große Cladoceran. Für Ratten wurde ein LC50-Wert von 20 mg/kg Körpermasse ermittelt. Dies ist der Wert für die krebserzeugende Arsen (III) -oxidverbindung. Diese Verbindung blockiert auch enzymatische Prozesse und erhöht ihre Toxizität. Bei Mäusen, Hamstern und Ratten waren die Verbindungen embryotoxisch und teratogen. Farne bioakkumulieren große Mengen Arsen.
Natürlich existiert nur ein stabiles Arsenisotop. Zur Zeit 19 andere instabile Isotope wurden entdeckt.
Was sind die gesundheitlichen Auswirkungen von Arsen im Wasser?
Arsenbedingte Erkrankungen werden in der Regel durch den Konsum von kontaminiertem Trinkwasser verursacht. In den alten Tagen wurde es als Gift angewendet, weil die Symptome einer Arsenvergiftung Cholera-Symptomen ähneln und daher der absichtliche Faktor schattiert wurde.Arsen scheint für einige Pflanzen- und Tierarten essentiell zu sein. Eine mögliche sichere Dosis für den Menschen wurde berechnet. Wenn Arsen ein diätetisches Mineral ist, würde diese Dosis 15-25 µg betragen. Diese Menge könnte problemlos aus der Nahrung aufgenommen werden. Die Gesamtmenge an Arsen in einem menschlichen Körper beträgt etwa 0,5-15 mg. Viele Arsenverbindungen werden zu 60-90% absorbiert, aber sie werden auch leicht ausgeschieden. Menschen können Resistenzen gegen bestimmte Arsenkonzentrationen entwickeln. Kurz nach der Resorption kann Arsen in Leber, Milz, Lunge und Verdauungstrakt gefunden werden. Das meiste Arsen wird ausgeschieden, und Rückstände können in Haut, Haaren, Nägeln, Beinen und Zähnen gefunden werden.
Bei längerer Exposition können viele Organe geschädigt werden, Hautpigmentierungen können auftreten, Haare können ausfallen und das Nagelwachstum kann aufhören.Die Toxizität unterscheidet sich zwischen verschiedenen Arsenverbindungen, beispielsweise haben Monomethylarsensäure und anorganisches Arsenid eine höhere Toxizität als Arsencholin. Die akute Toxizität ist bei anorganischen Arsenverbindungen im Allgemeinen höher als bei organischen Arsenverbindungen. Die orale Einnahme von mehr als 100 mg ist tödlich. Die tödliche Dosis von Arsentrioxid beträgt 10-180 mg und für Arsenid 70-210 mg. Der Mechanismus der Toxizität bindet und blockiert Schwefelenzyme. Symptome einer akuten Arsenvergiftung sind Übelkeit, Erbrechen, Durchfall, Zyanose, Herzrhythmusstörungen, Verwirrtheit und Halluzinationen. Die Symptome einer chronischen Arsenvergiftung sind weniger spezifisch. Dazu gehören Depressionen, Taubheitsgefühl, Schlafstörungen und Kopfschmerzen.Arsen im Zusammenhang mit gesundheitlichen Auswirkungen sind in der Regel nicht akut, aber meist umfassen Krebs, vor allem Hautkrebs. Arsen kann zu niedrigem Geburtsgewicht und Spontanaborten führen.
Arsen im Trinkwasser ist ein Thema von globaler Bedeutung, daher wurde der gesetzliche Grenzwert auf 10 µg/ l gesenkt. In Ländern wie Vietnam und Bangladesch, wo Millionen von Menschen Trinkwasser mit einem Arsengehalt von über 50 µg / l konsumieren, wird dieser gesetzliche Grenzwert nicht eingehalten. Dieses Problem führt zu langfristigen chronischen gesundheitlichen Auswirkungen wie Hautkrankheiten, Hautkrebs und Tumoren in Lunge, Blase, Nieren und Leber.
Lesen Sie mehr über das Arsenproblem in Bangladesch auf unserer Seite Umweltkatastrophen
Welche Wasseraufbereitungstechnologien können angewendet werden, um Arsen aus dem Wasser zu entfernen?
Die Entfernung von Arsen aus Wasser kann auf verschiedene Arten erfolgen. Zu den Optionen gehören Ionenaustausch, Membranfiltration sowie Eisen- und Aluminiumkoagulation. Trinkwasser enthält hauptsächlich anorganisches Arsen (Arsenid oder Arsenat), daher reicht die Bestimmung der Gesamtarsenkonzentration aus. Die Unterscheidung zwischen verschiedenen Arten von Arsen ist irrelevant.Die Entfernung von Arsen aus Böden kann durch die Anwendung von Farnen erreicht werden, die große Arsenkonzentrationen bioakkumulieren.
Literatur und die anderen Elemente und ihre Wechselwirkung mit Wasser