Meget bly i vandet? Måske er mangan skylden

Mangan er ikke et særligt giftigt mineral. Faktisk, folk har brug for lidt i deres kost for at forblive sunde.

Forskning ved Washington University i St. Louis har imidlertid vist, at i forbindelse med visse andre kemikalier, naturligt forekommende mangan kan føre til store ændringer i vandet i blyrør. Afhængigt af hvilke desinfektionsmidler der bruges i vandet, disse ændringer kan have betydelige – endda farlige – konsekvenser.

Resultaterne blev for nylig offentliggjort i Miljøvidenskab og -teknologi .

Forskningen fokuserer på en unik form for bly, PbO2 eller blydioxid (bly i plus-4 oxidationstilstand). Blydioxid har en meget lav vandopløselighed - det opløses ikke let i vand alene. Det er også usædvanligt i naturen, i modsætning til den mere velkendte PbCO3, blykarbonatet, der udgør skæl, der har tendens til at dannes på rør.

"Du finder ikke PbO ₂ i miljøet, fordi der ikke er noget stærkt oxidationsmiddel, " sagde Daniel Giammar, Walter E. Browne professor i miljøteknik ved McKelvey School of Engineering. "Men gode desinfektionsmidler er ofte gode oxidationsmidler."

Klor er et fantastisk desinfektionsmiddel, så meget, at det er almindeligt brugt i drikkevand i Amerika og over hele verden. Det er også et godt oxidationsmiddel og fremmer omdannelsen af ​​blycarbonat til blydioxid.

Det viser sig, imidlertid, at processen ikke er særlig hurtig, et faktum, der jibber med nogle systemer i den virkelige verden, men, tilsyneladende, ikke med andre.

"Hvis du ser på et system, der har blyrør og frit klor, så laver du beregningerne, du ville forvente, at hver enkelt ville have blydioxid på rørene, " sagde Giammar. "Men det kan vi ikke se. Det får os til at tænke:Noget andet påvirker, hvorvidt et bestemt system ender med blydioxid på sin indre overflade.

"Det er her, mangan kommer ind."

I nærvær af oxidanter, mangan kan nemt ændre oxidationstilstande; hvis mangan kommer i kontakt med klor, det er oxideret, bliver til manganoxid. Både i computermodeller og i eksperimenter, der efterlignede vandrør - komplet med kunstigt postevand - fandt Giammars laboratorium, at manganoxidet fungerede som en katalysator, øge omdannelseshastigheden fra blycarbonat til blydioxid med to størrelsesordener.

"Kloren er stadig den reaktant, der driver blyomdannelsen, men manganoxidet fungerer som en katalysator for at gøre det hurtigere, " sagde Giammar.

Denne forskning kan meget vel hjælpe med at informere om, hvordan andre kemiske interaktioner påvirker hastigheden af ​​blytransformation. "Hvilke andre ting, der ikke er bly, kan påvirke disse priser?" spurgte Giammar. "Gør jernoxider det? Aluminium er noget, vi vil studere, også."

Yderligere forskning i at forstå, hvilke reaktioner der påvirker blytransformationshastigheder og ellers påvirker tilgængeligheden af ​​bly i vand, vil føre til mere end gennembrud i laboratoriet. De vil have reelle konsekvenser for sundheden.

Tag Washington, D.C. i 2000, for eksempel.

Distriktets vand- og kloakmyndighed skiftede fra et klordesinfektionsmiddel til et mindre stærkt kaldet kloramin, fordi kloren skabte nogle ubehagelige biprodukter. Men der var en uforudset konsekvens.

"Da vandmyndigheden skiftede desinfektionsmiddel, blydioxiden i rørvægten var ikke længere stabil, " sagde han. "Det opløste sig hurtigt og genererede høje koncentrationer af bly i postevandet."

Begivenhederne i D.C. fik andre systemer, der bruger frit klor, til at stille spørgsmål om, hvorvidt de skulle være bekymrede for blydioxid, hvis de skulle skifte til kloramin. Interessant mange systemer observerer blydioxid i vægten på blyserviceledninger, men det gør andre systemer ikke. Varierende koncentrationer af mangan blandt offentlige vandsystemer kan potentielt forklare disse forskelle.

"Hvordan du vil behandle dit vand afhænger af kilden og dets sammensætning, også din infrastruktur, " sagde Giammar. "Der er ingen størrelse, der passer til alle."

Denne opdagelse var en ulykke.

Laboratoriet kørte endnu et eksperiment med kunstigt postevand i blyrør og behandlede det med klor for at se, om de kunne skabe blydioxid.

De inkluderede stoffer, der almindeligvis findes i postevand:calcium, magnesium, natrium og chlorid. "Der var en ny studerende, der arbejdede på projektet, og i stedet for at tilsætte magnesium, hun tilføjede mangan, " sagde Giammar.

Så blev tingene mærkelige. "Vandet havde været klart, lige pludselig var det overskyet og sort."

Der faldt meget bly i nogle uger, men så døde det.

"Vi åbnede rørene og kiggede, " sagde Giammar. "Åh, vi har den blydioxid, vi forsøgte at lave." Manganet fremskyndede bare processen.