Повышенное содержание железа в воде. Причины. Последствия. Методы обработки воды
Железо попадает в воду при растворении горных пород подземными водами. Повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах, в которых оно находится в виде комплексов с солями гуминовых кислот, так называемое, органическое железо. Насыщенными железом оказываются подземные воды в толщах юрских глин. В глинах много пирита FeS, и железо из него относительно легко переходит в воду. Бактериальное железо - продукт жизнедеятельности железобактерий (железо находится в их оболочке).
Значительные количества железа поступают в водоемы со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками. Концентрация железа в воде зависит от рН и содержания кислорода в воде. Железо в воде колодцев и скважин может находится как в окисленной, так и в восстановленной форме, но при отстаивании воды всегда окисляется и может выпадать в осадок. Много железа растворено в кислых бескислородных подземных водах.
Повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах (единицы миллиграмм), где концентрация гумусовых веществ достаточно велика, а в районах залегания сульфатных руд и зонах молодого вулканизма концентрации железа могут достигать даже сотен миллиграмм в 1 л воды. В поверхностных водах содержится от 0,1 до 1 мг/дм3 железа, в подземных водах содержание железа часто превышает 3-4 мг/дм3. В природе, в зависимости от валентности, железо существует в разных формах:
• нерастворимое в воде элементарное или металлическое железо - Fe0. При наличии влаги и кислорода происходит окисление до трехвалентного и образуется нерастворимый оксид железа Fe2O3. Этот процесс в быту называется "ржавление".
• двухвалентное железо - Fe+2, всегда находится в воде в растворенном виде, но в исключительных случаях, при высоком значение водородного показателя pH образуется гидроксид железа Fe(OH)2, который выпадает в осадок.
Fe+3 – трехвалентное железо образует гидроксид железа Fe(OH)3, который растворяется в воде только в случаях очень низкого водородного показателя pH. Однако при соединении с другими химическими элементами хлорид FeCl3 и сульфат Fe2(SO4)3 трехвалентного железа растворяется даже в слабощелочных водах с низким показателем pH.
Также железо может существовать в различных сложных соединениях, так называемое органическое железо. Органическое железо практически всегда растворимо или имеет коллоидное построение, которое очень трудно удалить. Оно присутствует в воде в составе разнообразных комплексах и в разных формах.
Разные типы железа по разному проявляют свои свойства и в большинстве случаев можно по внешнему виду определить какое железо преобладает в воде. Чистая вода по истечению времени образовывает красно-бурый осадок. Это присутствие двухвалентного железа. Если вода имеет желто-бурый окрас и при отстаивании образуется осадок, то это трехвалентное железо. Радужная пленка на поверхности воды и желеобразная масса внутри труб – бактериальное железо. А если же вода окрашена, но осадок не образуется, то это коллоидное железо.
Чаще всего в воде присутствует сочетание нескольких или всех типов железа. Анализ воды на железо необходим для самых разных типов воды - поверхностных природных вод, приповерхностных и глубинных подземных вод. Однако, из-за отсутствия утвержденных методов определения количества органического, коллоидного или бактериального железа в воде затрудняется выбор метода или комплекса методов водоочистки.
Конечно, потребителю воды неважно, в какой форме железо находится в воде, ведь, он сталкивается с последствиями высокого содержания железа в любой его форме. Содержание железа в воде выше 1-2 мг/дм3 значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус. Железо увеличивает показатели цветности и мутности воды, придает ей неприятную красно-коричневую окраску и ухудшает ее вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубах и их засорение. Высокое содержание железа в воде приводит к неблагоприятному воздействию на кожу, может сказаться на морфологическом составе крови, способствует возникновению аллергических реакций. Содержащая железо вода (особенно подземная) сперва прозрачна и чиста на вид. Однако, даже при непродолжительном контакте с кислородом воздуха железо окисляется, придавая воде желтовато-бурую окраску. Уже при концентрациях железа выше 0,3 мг/дм3 такая вода способна вызвать появление ржавых потеков на сантехнике и пятен на белье при стирке. При содержании железа выше 1 мг/дм3 вода становится мутной, окрашивается в желто-бурый цвет, у нее ощущается характерный металлический привкус. Все это делает такую воду практически неприемлемой как для технического, так и для питьевого применения. Нельзя не отметить, что в небольших количествах железо необходимо организму человека – оно входит в состав гемоглобина и придает крови красный цвет. Но слишком высокие концентрации железа в воде для человека вредны.
Предельная допустимая концентрация железа в воде 0,3 мг/дм3 согласно СанПиН 10-124 РБ 99 «Питьевая вода. «Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. Контроль качества».
Проблема повышенного содержания железа в воде очевидна. Каковы же пути ее решения?
Трехвалентное железо (ржавчину) удалить намного проще, нежели двухвалентное. Дело в том, что оксид железа-III практически не растворим в воде, а потому находится он там в виде взвеси и может быть удален при помощи отстаивания, механической фильтрации или принудительного осаждения флоккулянтами. В этой связи основной задачей установок обезжелезивания является окисление двухвалентного железа до трехвалентного.
В настоящий момент наибольшее распространение получили следующие технологии окисления:
Аэрация. Аэрация представляет собой процесс насыщения воды атмосферным воздухом. Технологически аэрация может быть реализована в виде фонтанирования, барботирования, душирования либо применения инжекторов. Эффективность такого насыщения невысока, а потому аэрация может использоваться только в том случае, если концентрация железа в воде не превышает10 мг/мл.
Применение окислителей. Мощные химические окислители легко справляются с двухвалентным железом и одновременно решают массу других проблем (обеззараживание, разрушение сероводорода и т.п.). Самым распространенным окислителем сегодня является хлор, который применяется на подавляющем большинстве станций очистке воды. К сожалению, хлор имеет массу недостатков, а потому коммунальные службы все чаше и чаще применяют озонирование воды. Как и хлорирование, озонирование не только решает проблему двухвалентного железа, но и успешно борется с микроорганизмами.
Что касается бытовых систем очистки воды, то в них чаще всего используется перманганат калия.
Каталитическое окисление. Окисление с использованием катализаторов – наиболее распространенный в быту способ удаления двухвалентного железа. В настоящий момент подавляющее большинство бытовых установок обезжелезивания используют именно эту технологию. В качестве окислителей в таких установках используется катализатор Birm, а также составы созданные на основе доломита, глауконита и цеолита. Выбор конкретного реактива определяется концентрацией железа в воде.
Ионный обмен. Методика ионного обмена стоит особняком от других способов обезжелезивания воды, поскольку реакция обмена ионами не является чистой окислительно-восстановительной реакцией. Впрочем, возможности катионитных материалов в качестве обезжелезивателя весьма ограничены, поскольку трехвалентное железо легко «забивает» смолу, снижая ее эффективность, а так называемое органическое железо образует на поверхности смолы пленку, представляющую собой отличную среду для развития бактерий.
Мембранные фильтры. Мембранные фильтры способны удалить из воды практически все примеси, в том числе и железо. При этом, однако, следует принять во внимание, что эффективное удаление железа в любом виде возможно только при использовании фильтров обратного осмоса, коллоидного и бактериального железа - при помощи ультрафильтрационных и нанофильтрационных мембран и только трехвалентного железа - при помощи наиболее распространенных микрофильтрационных мембран.
Врач-лаборант лаборатории санитарно-химических и токсикологических методов исследования Анискевич А.В.
Гигиенисты-эпидемиологи в Минске
Найдено 2 врачей (отображаются 1 - 2)
Хлор и железо - две напасти, с которыми должен бороться фильтр для очистки воды
В каких районах Минская самая чистая вода, следует ли пользоваться фильтрами, и на сколько лет белорусы обеспечены артезианской водой, рассказала агентству "Интерфакс-Запад" заведующая отделением коммунальной гигиены Республиканского центра гигиены, эпидемиологии и общественного здоровья Ирина Жевняк.
Артезианская безопасность
"Вода у нас безопасна по всей стране. Нам вообще повезло. Практически все население Беларуси пьет воду из подземных источников, которые с гигиенической точки зрения предпочтительнее. Ведь самым лучшим фильтром является грунт. В Беларуси артезианская вода берется из скважин, начиная от 60-70 метров. Есть водозаборы до 200 метров глубиной. Там вода вообще стерильная", – отметила И. Жевняк.
"Поэтому во многих городах республики вообще не требуется какая-нибудь обработка артезианской воды. Качество воды настолько хорошее, что ее можно подавать в водопроводную сеть без дополнительной обработки", – пояснила специалист.
"Вода из поверхностного водозабора – из рек, водохранилищ, – требует огромного комплекса очистных сооружений. Обычно в мире из поверхностных водозаборов пьют мегаполисы, где много населения и подземных запасов воды может просто не хватать", – сказала И. Жевняк.
"Раньше в Беларуси было несколько городов – Гродно, Гомель, Полоцк, – которые пили из наземных водозаборов, но постепенно их перевели на артезианскую воду", – уточнила специалист.
"В Минске только около одной трети населения пьет воду из поверхностных водозаборов. Это Московский, Фрунзенский и часть Октябрьского района. В эти районы поставляются поверхностные воды из Вилейско-Минской водной системы", – сообщила специалист.
При этом она особо подчеркнула, что "в соответствии с санитарными нормами, качество питьевой воды, которая подается населению, нормируется одинаково – вне зависимости от источника водоснабжения".
"Неважно, артезианская или вода из поверхностного водозабора, она должна отвечать одним и тем же требованиям", – сказала специалист.
Есть одна разница
"Технологический процесс обработки питьевой воды из поверхностного водозабора подразумевает обязательное хлорирование, – отметила И. Жевняк. – Это является гарантией микробиологической безопасности воды. Неартезианская вода обсеменена микроорганизмами, поэтому ее обязательно хлорируют. Из подземных водоразборов чаще всего хлорировать воду необязательно".
Касаясь вопроса о хлорировании воды в Беларуси, специалист отметила, что "это дело тоже нормируется санитарными нормами и правилами".
"Есть такое понятие как остаточный хлор. Есть утвержденные цифры – не больше, но и не меньше. Хлор должен присутствовать в воде в таких количествах, чтобы был бактерицидный эффект, но в то же время концентрация хлора должна быть безопасной для человека", – пояснила И. Жевняк.
"У нас безопасное хлорирование воды, а легкий запах хлора обязан присутствовать", – подчеркнула гигиенист.
"Предельно допустимые безопасные концентрации хлора в воде разработаны давно, еще в советские времена. Это не значит, что эти нормы плохие – наоборот. В СССР была очень мощная гигиеническая наука. Как минимум в каждой республике было по одному НИИ, который занимался этими вопросами. Нормы работают долгие годы и показали свою состоятельность", – сказала И. Жевняк.
"Допустимые концентрации хлора в питьевой воде были разработаны с таким учетом, что, даже если пить каждый день такую воду, ни мы, ни наши дети или внуки не получат в этой связи каких-либо заболеваний", – пояснила собеседник агентства.
Лучше, чем требует ВОЗ
Отмечая хорошее качество воды в Беларуси, специалист сообщила, что за минувший год в стране нестандартных проб по микробиологическим показателям было меньше 0,5%.
"По рекомендации Всемирной организации здравоохранения вода считается эпидемиологически безопасной (можно пить без кипячения) если этот показатель не более 5%. У нас на порядок лучше, чем того требует ВОЗ", – сообщила И. Жевняк.
Железная проблема
Вместе с тем гигиенист отметила: у белорусской воды есть определенная проблема – это повышенное содержание в ней железа.
"Характерно это для подземных водозаборов – для артезианской воды. Когда вода поднимается на поверхность из артезианских скважин – она кристально чистая, просто замечательная. Но постоит, вступит в контакт с кислородом – и появляется мутноватый оттенок. Его интенсивность зависит от содержания соединений железа", – рассказала И. Жевняк.
По ее словам, в Беларуси эта проблема решается строительством станций обезжелезивания воды.
Вместе с тем она пояснила, что "железо в тех концентрациях, в которых оно присутствует в нашей воде, безопасно. Такую воду можно спокойно пить, она не дает токсического эффекта. Просто не очень вкусная".
"Высокое содержание железа в белорусской артезианской воде сказывается на бытовой технике, посуде, на которых появляются ржавчина, а белье становится рыжим", – сообщила собеседник агентства.
Чтобы устранить этот недостаток белорусской воды, второе десятилетие в рамках республиканской программы "Чистая вода" во всей стране строятся станции обезжелезивания.
Фильтры – российский тренд
Органолептические свойства воды – это вкус и запах. Ни один прибор не определит лучше, чем нос и язык, вкусная это вода или нет.
"Безусловно, запах хлора неприятен. Вот в этой ситуации можно использовать бытовые фильтры для улучшения органолептических свойств воды. В других целях, а особенно тем, у кого вода из подземных источников, вообще можно не использовать фильтр", – сказала специалист.
"Что касается железа, то здесь вообще нужны специальные фильтры. Обычных бытовых фильтров здесь недостаточно. Добросовестный производитель всегда указывает, что фильтр предназначен для обезжелезивания воды", – сказала специалист. "А для удаления запаха хлора подойдет любой угольный фильтр", – уточнила И. Жевняк.
Отмечая отсутствие острой необходимости пользоваться жителям Беларуси бытовыми фильтрами для очистки воды, специалист сказала, что это поветрие пришло из России.
"Само желание покупать фильтры, устанавливать их в своих квартирах пришло из России. Это большая страна, где все крупные города – Москва, Питер, Нижний Новгород получают воду из поверхностных водозаборов, из Волги, Невы. Там разный уровень очистки воды, там нужны бытовые фильтры. Нам же с водой повезло", – сказала гигиенист.
По словам И. Жевняк, фильтры задерживают не только, к примеру, хлор, но и важные микроэлементы. "Мы не можем жить на дистилляте, человек же не автомобильный аккумулятор", – подчеркнула собеседник агентства.
Запасов воды много
Беларуси не грозит дефицит артезианской воды в ближайшие 100, а то и больше лет, отмечает И. Жевняк.
"Разведано множество месторождений подземных вод. Из того, что разведано, многое не добывается. Стране пока хватает воды из освоенных артезианских скважин", – сказала специалист.
Бутылки по категориям
В Беларуси утверждены санитарные правила, которым бутилированная вода должна соответствовать. "Но здесь есть нюанс. Есть разделение бутилированной воды по категориям – высшая и первая. И та, и другая абсолютно безопасна. Но вода высшей категории имеет особенность: кроме безопасности она должна отвечать еще и физиологической норме", – пояснила специалист.
"Вода высшего качества должна содержать микро- и макроэлементы в такой концентрации, которая в наибольшей степени отвечает нашим физиологическим потребностям. А первая категория – это просто безопасная вода", – уточнила И. Жевняк.
