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)
Как правильно выбрать фильтр для очистки воды в Минске? Требуйте документы о качестве получаемой воды у продавца по содержанию микроэлементов
Пользоваться или не пользоваться фильтром для питьевой воды — вроде ответ на этот вопрос кажется очевидным. Неясно многим другое: каким фильтром следует пользоваться — кувшином или стационарным проточным, отечественным или импортным… А какова же, собственно, польза от фильтров и каковы последствия длительного употребления воды, прошедшей деминерализацию или обработку методами дистилляции, деионизации, обратного осмоса, нанофильтрации и другими? Попробуем разобраться с этой проблемой вместе с врачом-валеологом учреждения здравоохранения «Городской психоневрологический диспансер» Леонидом Мелешко.
— Леонид Семенович, иметь дома бытовой фильтр очистки питьевой воды стало не только необходимым, но и модным атрибутом, этаким «гаджетом» почти каждой семьи. И не только в городе, но и на селе… Для начала — о том, какие аргументы выдвигают сторонники использования питьевой воды, обработанной на бытовых фильтрах.
— Фильтры удаляют или значительно снижают количество отдельных компонентов (минеральных и органических), присутствующих в воде, и содержание которых в ней быть не должно или же оно должно быть снижено до безопасных величин (железо, нитраты, жесткость, соли тяжелых металлов и т.д.).
Употребление чистой воды врачи рекомендуют для сохранения здоровья и жизненной энергии. Умягченная вода идеально подходит людям, которые имеют высокое кровяное давление и которым врачи рекомендуют диеты с малым содержанием солей.
Ныне популярны установки с пугающим названием «обратный осмос». Эта технология была известна уже несколько десятков лет назад, но «только в 1962 году правительство США начало использование осмотической воды для военной промышленности. С того времени появились тысячи фирм, которые используют очищенную таким способом воду. Вот они-то и создали ажиотаж! На Ближнем Востоке эта технология используется для приготовления пресной воды в пустынях, где большой проблемой является загрязнение натуральных источников чистой воды.
В частности, система обратного осмоса полностью удаляет из воды соли жесткости, что благоприятно сказывается на состоянии здоровья человека. Не секрет, что с годами почки, суставы и сосуды накапливают в себе соли кальция, что приносит человеку болезненные ощущения и страдания.
Системы обратного осмоса удаляют из воды практически все. Мембраны очищают воду от всех микроорганизмов, в том числе и болезнетворных. Происходит это благодаря тому, что поры в мембране гораздо меньших размеров, чем бактерии и вирусы.
Использование такой воды позволяет передать истинный вкус и запах холодных напитков, кофе, чая, переработанных овощей и фруктов, различных блюд и напитков, она не несет посторонних примесей и запахов. Мясо и бобовые быстрее развариваются, кофе и чай приобретают насыщенный вкус. Эта вода не дает осадка и накипи в чайниках и кофеварках, отчего ваша техника прослужит гораздо дольше.
Обработанная вода часто используется в пищевой промышленности. Например, те же фруктовые соки в пакетах разбавляются ею из концентрата. Она же применяется для приготовления нормализованного молока и молокопродуктов из порошкового молока, при производстве пива, прохладительных напитков, ликеро-водочных изделий, бутилированной питьевой воды и многого другого. Хлорированная и загрязненная вода является причиной кожных заболеваний. Чистая вода сохраняет натуральную защиту кожи и минимизирует необходимость использования различных кремов.
— Вы привели столько доводов «за», что невольно думаешь: неужели есть аргументы «против»?
— Конечно, имеются. Возможные последствия потребления воды, бедной минеральными веществами, делятся на следующие категории: малое поступление (отсутствие) кальция и магния, других макро- и микроэлементов; прямое воздействие на слизистую оболочку кишечника, метаболизм и гомеостаз минеральных веществ и другие функции организма; потери кальция, магния и других элементов в процессе приготовления пищи. Возможен также рост поступления в организм токсичных металлов за счет более интенсивного выделения металлов из материалов, контактирующих с водой, и низкими защитными свойствами воды, бедной кальцием и магнием.
Магний и, возможно, кальций — два элемента, поступающих в организм человека из воды в существенных количествах (при условии потребления жесткой воды).
Основываясь на доступных данных, исследователи рекомендовали следующие концентрации кальция, магния и величину жесткости питьевой воды: для магния — минимум 10 мг/л, оптимальное содержание 20—30 мг/л; для кальция — минимум 20 мг/л, оптимальное содержание около
50 (40-80) мг/л.
Общая жесткость воды, суммарное содержание солей кальция и магния должно составлять 2—4 ммоль/л. Верхний предел оптимального интервала жесткости был определен, исходя из того, что при употреблении воды жесткостью свыше 5 ммоль/л возникает риск образования камней в желчном пузыре, почках, мочевом пузыре, а также артрозов и артропатии у населения. Данное заключение ВОЗ сделано на основе многочисленных эпидемиологических исследований за период более 50 лет.
— А признали ли эксперты, что существует связь между возросшим количеством сердечно-сосудистых заболеваний с последующим летальным исходом и потреблением мягкой воды?
— При сравнении мягкой воды с жесткой и богатой магнием закономерность прослеживается очень четко. Постоянное употребление слабоминерализованной воды может вызвать описанные выше изменения, однако симптомы могут проявиться не сразу, а через много лет. Иногда последствия дефицита веществ заметны лишь спустя годы, но сердечно-сосудистая система, которой недостает кальция и магния, реагирует гораздо быстрее. В 2000—2002 годах в водопроводе Чехии и Словакии стали использовать метод обратного осмоса. За несколько месяцев было отмечено много претензий, вызванных острой нехваткой магния. Жаловались люди на усталость, слабость, мышечные судороги, болезни сердца.
Это же подтверждают исследования, проведенные в свое время в Усть-Илимском регионе России. Их объектом стали 7658 взрослых людей, 562 ребенка и 1582 беременные женщин с их новорожденными детьми; изучались заболеваемость и физическое развитие. Все эти люди были разделены на две группы, проживающие в двух районах, где вода имеет разную минерализацию. Культура питания, качество воздуха, социальные условия и время проживания в данном регионе у жителей двух районов были одинаковыми. Жители района с более низкой минерализацией воды чаще страдали от зоба, гипертензии, ишемической болезни сердца, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, хронического гастрита, холецистита и нефрита. Дети медленнее развивались и страдали некоторыми отклонениями в росте, беременные женщины — отеками и анемией, новорожденные чаще болели.
— Вы согласны с мнением о том, что современные технологии приготовления продуктов питания не позволяют большинству людей получать достаточное количество минералов и микроэлементов?
— Согласен, в случае острого дефицита какого-либо элемента даже относительно малое количество его в воде может сыграть значительную защитную роль. Вещества в воде растворены и находятся в виде ионов. Это позволяет им значительно легче адсорбироваться в организме человека, чем из продуктов питания, где они связаны в различные соединения.
Стало известно, что в процессе приготовления пищи на обратноосмотической, деминерализованной воде из продуктов (овощи, мясо, злаки) теряются важные элементы. Потери кальция и магния могут достигать 60%, других микроэлементов — даже больше (медь — 66%, марганец — 70%, кобальт — 86%). Напротив, во время приготовления пищи на минерализованной воде потери минералов заметно ниже, а содержание кальция в готовом блюде может даже повыситься. Кстати, по данным Министерства здравоохранения, в Беларуси сердечно-сосудистые патологии стали причиной более чем 52% всех смертей. При этом количество людей, у которых эти заболевания обнаружены, с каждым годом растет. Трудно сказать, какое место среди факторов риска занимает использование деминерализованной воды, но то, что среди них он есть, этого отрицать нельзя.
Последние исследования показали, что потребление мягкой воды, бедной кальцием, может привести к повышенному риску переломов, преждевременным родам и сниженному весу новорожденных детей. Кроме возрастания риска внезапной смертности, с употреблением воды, бедной магнием, связаны случаи позднего токсикоза беременных (т.н. преэклампсия).
Возможен рост поступления в организм токсичных металлов за счет более интенсивного выделения металлов из материалов, контактирующих с водой, и низкими защитными свойствами воды, бедной кальцием и магнием. Кальций и, в меньшей степени, магний в воде и продуктах питания являются защитными факторами, которые нивелируют воздействие токсичных элементов. Они могут предотвратить абсорбцию некоторых токсичных элементов (свинец, кадмий) из кишечника в кровь как путем прямой реакции связывания токсинов в нерастворимые комплексы, так и за счет конкуренции при всасывании.
Деминерализованная вода очень агрессивна, ее необходимо нейтрализовать, в противном случае подача ее в распределительную систему, прохождение через трубы и накопительные баки невозможна. Агрессивная вода разрушает трубы и вымывает из них металлы и другие материалы.
Дистиллированная вода имеет «бедные» вкусовые характеристики, может быть неприятной на вкус, однако с течением времени потребитель к этому привыкает. Такая вода плохо утоляет жажду. Может вызвать патологические изменения эпителиальных клеток в кишечнике, из-за осмотического шока возможны изменения в секреторной функции (повышенная секреция и кислотность желудочного сока) и изменения мышечного тонуса желудка.
На сегодняшний день доказано, что потребление воды, полученной методом обратного осмоса, оказывает негативное влияние на механизмы гомеостаза, обмен минеральных веществ и воды в организме: усиливается выделение жидкости (диурез). Это связано с вымыванием внутри- и внеклеточных ионов из биологических жидкостей, их отрицательным балансом. Кроме того, изменяется общее содержание воды в организме и функциональная активность некоторых гормонов, тесно связанных с регуляцией водного обмена.
— Леонид Семенович, если положить приведенные выше примеры на противоположные чаши весов, то становится явно очевидным, что перевешивает. И как же быть нам, обычным потребителям?
— Отвечу так. Покупая системы фильтрации, интересуйтесь у продавца, какие показатели воды должны быть на входе и что обеспечивает фильтр на выходе. Проверьте утверждения продавца в любой аккредитованной лаборатории, сделав анализ воды. Сравните результаты с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения. Совершая эту покупку, вы покупаете или продаете часть своего здоровья.
В любом случае, перед выбором того или иного решения для водоснабжения желательно посоветоваться с опытными специалистами.
В продаже имеются фильтры как для общей очистки воды, так и те, в которых акцент поставлен на удаление отдельных компонентов, присутствующих в воде (железо, нитраты, жесткость, соли тяжелых металлов и т.д.), однако производители обычно не указывают, вода какого качества (какое содержание минеральных элементов) будет на выходе после их фильтров.
Для более подробного ознакомления с тем, что производитель пишет в сопроводительных документах, прилагаемых к реализуемым в розничной торговле фильтрам, мы в свое время посетили значительное количество магазинов бытовой техники, реализующих бытовые фильтры очистки (подготовки) питьевой воды. Ни в одном случае не было обнаружено информации о минеральном составе воды, получаемой на выходе.
Правда, в последнее время появились сообщения о поступлении в торговую сеть фильтров с последующим минерализующим эффектом. Видимо, они будут иметь какое-то будущее. Время покажет. А для производителей должно стать обязательным требование о наличии в сопроводительной инструкции информации о качестве получаемой воды и, прежде всего, по содержанию микроэлементов.
Елена НИКОЛАЕВА
