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)
Недостаток селена, кобальта, цинка, избыток алюминия у минских детей и вред фильтров, - результаты исследования сотрудников БелМАПО
Марина Воробей / СМИ
Огромный дефицит кобальта, нехватку селена и цинка испытывают дети Минска. К такому выводу пришли эксперты кафедры гигиены и медицинской экологии Белорусской медицинской академии последипломного образования, проанализировав состав волос 700 столичных детишек. Кроме того, ученые выяснили, что водопроводная вода в столице обеспечивает потребности человека в микроэлементах. Если бы не запах и вкус хлора, ее можно было бы пить прямо из-под крана.
"Мы провели обследование данной фокусной группы, потому что дети постоянно находятся на территории проживания. Они мало передвигаются, например, не едут на работу из одного конца города – в другой. И поэтому являются своеобразными индикаторами экологической ситуации в регионе проживания. Дети не контактируют с вредными факторами производства. К тому же в 10-12 лет сформирована иммунная система, но не начались гормональные перестройки организма", - рассказывает сотрудник научно-исследовательской лаборатории БелМАПО Анна Романюк.
Исследование показало традиционную для Беларуси нехватку селена, от которой страдают 85% детей.
"А селен – это иммунная защита. Проведенные в Китае исследования выявили, что случаи, когда молодые люди умирали от кардиомиопатии, были связаны именно с нехваткой селена", - рассказывает научный сотрудник.
Особенно много селена – в субпродуктах – печени, почках, сердце, а также в морской соли, муке грубого помола. При дефиците селена йод плохо усваивается организмом.
"Для нас стал сюрпризом огромный дефицит кобальта. От него страдают 80% детей", - говорит Анна Романюк.
Кобальт, как и железо, влияет на кроветворную функцию, и из-за его нехватки развиваются скрытые анемии.
Больше всего кобальта содержится в зеленом горошке и фасоли, бараньей и говяжьей печени, свекле, землянике, много кобальта в рыбе (тунец, треска, сардины, щука, скумбрия, камбала), кальмарах и птице. Кобальт входит в состав витамина В12 (кобаламин). Около четверти обследованных детей страдают от дефицита железа.
Четверть мальчиков испытывают дефицит цинка.
Это негативно влияет на репродуктивную функцию, учитывая, что дети в возрасте 10-12 лет находятся на пороге полового созревания. Кроме того, дефицит цинка подавляет защитные функции организма – отсюда и ослабленный иммунитет.
Из продуктов животного происхождения цинком богаты говядина и говяжья печень, мясо цыплят, рыба, морепродукты, яйца.
Анна рассказывает, что в ходе исследования выявился большой процент детей с переизбытком кальция в волосах.
"При этом мы проверили минеральную плотность костной ткани. У четверти детей она низкая. Все это говорит о том, что кальций чрезмерно активно выводится, вследствие чего в организме его не хватает".
Из-за нехватки кальция у нас огромное количество детей со сколиозом и плоскостопием.
Чтобы кальций усваивался нормально, в организме он должен быть в оптимальном соотношении с фосфором (2:1 или 1:2), объясняет ученый. "У наших детей соотношение кальция и фосфора в рационе питания 1 к 20. Мы потребляем слишком много "неправильного" фосфора за счет фосфатных добавок. Посмотрите любую магазинную упаковку – везде Е. А вот хорошего фосфора нам не хватает".
Фосфор входит в состав "энергетической молекулы". Из-за большого количества его потребления с магазинными продуктами мы запасаемся энергией, которую некуда девать. Дети сегодня ведут пассивный образ жизни (пришли из школы - и за компьютер), отсюда - ожирение. "И это колоссальная проблема наших детей на данный момент. В некоторых школах Минска, где мы были, 50% детей этого возраста имеют избыточную массу тела. Здесь и риск развития сердечно-сосудистой патологии, и обменные нарушения".
У 55% обследованных детей выявили содержание алюминия в организме на уровне, вызывающем обеспокоенность, рассказывает исследователь.
У 10% детишек уровень содержания алюминия и вовсе критический. Из-за высокого содержания металла страдают кроветворная и нервная системы организма. Есть предположение, что переизбыток алюминия вызывает болезнь Альцгеймера, отмечает Анна Романюк.
Чаще всего накопление алюминия происходит из-за неправильно организованного быта.
"Мы часто используем тефлоновые сковороды, фольгу для запекания, а алюминий при нагревании переходит в продукты. Определенное количество алюминия содержат бумажные кухонные полотенца.
А еще взрослые используют алюминийсодержащий препарат "Алмагель". Через напитки, в том числе пиво, в жестяных банках в наш организм попадает ненужный металл".
Стоит обратить внимание, что при нормальном уровне кальция в организме негативное влияние алюминия нивелируется.
Важно грамотно составлять рацион, чтобы именно из продуктов питания ребенок получал все необходимые микроэлементы, говорит Анна Романюк. С другой стороны, используя только продукты, выращенные на нашей территории, будем опять же получать ситуацию с нехваткой кобальта и селена (овощи, выращенные на бедной микроэлементами почве, мясо животных, питающихся кормом с данной территории, содержат недостаточное их количество).
У нас почва бедна кобальтом. Соответственно, продукты питания, выращенные на нашей земле, животные, которые питаются пищей, выращенной здесь, будут бедны кобальтом.
Поэтому осенью и весной научный сотрудник советует принимать поливитамины.
Вода из-под крана – хороша, если бы не хлорка
Микроэлементный статус человека зависит и от факторов окружающей среды – насколько вода, почва богата или бедна микроэлементами. Поэтому ученые проанализировали воду разных районов Минска.
"В Минске вода, которая поступает к нам в краны, имеет достаточно хороший минеральный состав, она физиологична по содержанию кальция и магния", - говорит специалист.
Правда, вода из артезианских источников не дотягивает до нижнего уровня нормы содержания калия (1,3-1,6 мг на литр). Вода из открытых источников, которая поступает в Московский, Октябрьский и Фрунзенский районы столицы, содержит достаточно калия - на уровне нижней границы нормы (2,3-2,6 мг на литр при норме 2,0).
"Если бы не сильный запах и вкус хлора (вещество используется при очистке воды с поверхностных источников), ее можно было бы назвать хорошей. А так, органолептические свойства – не очень. Но опять же по химическому составу она хороша", - говорит научный сотрудник. Избавиться от запаха хлора можно отстаиванием.
Единственное, чего не хватает в нашей воде (и артезианской, и из открытых источников), – фтора. Отсюда и кариес. Анна Романюк советует применять фторированные пасты.
В нашей воде нет избытка токсичных веществ (а бактерии убиваются тем же хлором), говорит Анна Романюк.
"Поэтому, в общем-то, непонятно, зачем многие используют фильтры для воды. Тем более, что, просочившись через фильтр, вода теряет и микроэлементы (кальций, магний, калий, натрий), которые нужны нам для жизни".
Бутилированная вода, которую чаще всего покупают люди, тоже не соответствует потребностям организма: вода первой категории качества просто безвредна по химическому, микробиологическому и радиационному составу.
И только вода высшей категории качества поставляет в организм нужное количество макро- и микроэлементов.
Содержание кальция, магния, натрия, калия, фтора, йода в ней нормируется.
