Повышенное содержание марганца в воде из скважины. Загрязнение воды марганцем. Предельно-допустимая концентрация олова для водной среды
Сразу хочу пояснить, что такое "повышенное содержание". Вода из скважины или колодцев, а также из других источников используется на различные цели: технические нужды, питьевые и т.д. В большинстве случаев нас всех интересует вопрос, можно ли воду пить. Чтобы на этот вопрос можно было с легкостью ответить, имея перед глазами протокол химического анализа, нам надо знать предельно допустимые концентрации (ПДК) того или иного компонента. Данные значения для питьевой воды регламентированы в СанПиН 2.1.4.1074-01. То есть, сравнивая результаты анализа с ПДК, приведенными в данном СанПиН 2.1.4.1074-01, мы можем понять, можно ли воду пить или нет. Для того, чтобы Вам не искать эти данные и не сидеть и скурупулезно сравнивать, в нашем протоколе анализа уже есть графа, содержащая показатели ПДК из СанПин и имеется вывод, соответствует ли вода СанПин или нет.
Чем опасно...
Железо
Предельно допустимая концентрация железа (Fe) в питьевой воде - 0,3 мг/л.
Влияние на сантехнику: Повышенное содержание железа в воде - одна из основных причин биообрастания водопроводных труб. Согласно последним исследованиям, источником слизи, образующейся на соединительных и стыковых элементах трубопровода, являются железобактерии. С течением времени биообрастания способны привести к повреждению и коррозии водопроводной арматуры.
Влияние на организм: Железо нередко становится причиной развития дерматитов, аллергических реакций, заболеваний печени и почек. Считается, что превышение предельно допустимой концентрации железа в воде способствует увеличению риска инфарктов и повреждения тканей при инсультах. Мало кто знает, что в присутствии кислорода железо проявляется канцерогенные свойства. Дело в том, что именно гидроокисные свободные радикалы являются причиной мутации ДНК и последующего развития раковых клеток. Как только механизм образования злокачественной опухоли запускается, поврежденные клетки начинают искать железо для подпитки.
Как снизить содержание железа: Самый простой и бюджетный способ обезжелезивания воды: Найти бак-накопитель достаточного размера из пищевого пластика, нержавейки и т. п. Установить его в подходящем месте, например на крыше. Организовать подачу воды из скважины через рассеиватель для душа (это улучшает аэрацию воды). Обеспечить забор отстоявшейся воды не с самого дна бака, а немного выше, чтобы осадок не попадал в водопровод. Оптимально, если размеры накопительного бака превышают суточный расход воды. Это позволяет с вечера набирать воду и в течение дня свободно ее использовать. Второй способ, но не такой бюджетный - использование систем очистки.
Марганец
Предельно допустимая концентрация марганца (Mn) в питьевой воде - 0,1 мг/л.
Влияние на сантехнику: В результате повышенного содержания марганца в воде на внутренних поверхностях водопроводных труб и водогрейного оборудования начинают накапливаться отложения этого металла, которые, в свою очередь, могут вызывать закупорку и ухудшение процессов теплообмена. Кроме того, такая вода оставляет несмываемые следы на сантехнических устройствах.
Влияние на организм: Как показали последние исследования, употребление воды, чрезмерно обогащенной марганцем, приводит к снижению интеллектуальных способностей у детей. Постоянное употребление питьевой воды, в которой концентрация марганца превышает 0,1 мг/л, может спровоцировать возникновение серьезных заболеваний костной системы. Марганец накапливается в организме человека и его почти невозможно вывести. Марганец проникает в канальцы нервных клеток и тем самым препятствует прохождению нервных импульсов. Также, повышенное содержание марганца в питьевой воде грозит заболеваниями печени, в которой, в основном, и концентрируется этот металл. Кроме того, марганец, употребленный вместе с водой, имеет способность проникать в тонкий кишечник, кости, почки, железы внутренней секреции и даже поражать головной мозг.
Как снизить содержание марганца: специальные системы водоочистки.
Жесткость
Предельно допустимая концентрация жесткости в питьевой воде составляет 7 ммоль.
Влияние на сантехнику: При взаимодействии жесткой воды с моющими веществами (стиральные порошки, мыло, шампуни) появляются «мыльные шлаки», имеющие вид пены. После высыхания эта пена остается в виде налета на коже волосах, белье, сантехнике. Отрицательное действие подобных шлаков на организм человека проявляется тем, что они начинают разрушать естественную жировую пленку, которой покрыта кожа, забивают поры. Влияние на организм: Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) не установила какой-либо величины жесткости по показаниям влияния организм человека. Несмотря на то, что исследования выявили обратную зависимость между жесткостью воды и сердечно-сосудистыми болезнями, эти данные являются недостаточным для окончательного заключения. Также не доказано, что слишком мягкая вода способна оказывать отрицательное действие на баланс минеральных веществ в организме. Однако высокая жесткость делает воду хуже, придает ей горьковатый вкус, оказывает негативное действие на органы пищеварения, в организме нарушается водно-солевой баланс, могут возникнуть различные аллергические реакции.
Как снизить содержание жесткости: Вскипятите воду, чтобы избавиться от временной жесткости. Используйте метод вымораживания льда. Его часто применяют при постоянной жесткости воды. Постепенно замораживайте воду. Когда вы обнаружите, что ее осталось примерно 10% от первоначального объема, слейте незамерзшую воду, а лед растопите. Дело в том, что все соли, придающие жесткость, остаются в незамерзшей воде. Поставьте водоочистительные фильтры.
Нитраты, нитриты
Предельно допустимая концентрация нитратов (NO3) и нитритов (NO2) составляет 45 мг/л и 3,0 мг/л соответственно.
Влияние на сантехнику: -
Влияние на организм: Опасны не нитраты, опасны нитриты и продукты распада нитратов - свободные радикалы, которые обладают канцерогенным и мутагенным эффектом. Нитраты превращаются в нитриты при пищеварении и даже в полости рта. Нитриты, попадая в кровь, "убивают" гемоглобин. Гемоглобин - носитель кислорода. "Поврежденный" гемоглобин (метгемоглобин) не способен переносить кислород, что приводит к кислородному голоданию клеток, нарушается работа печени, происходит общее отравление организма. В воде из скважин, расположенных вблизи сельскохозяйственных угодий наблюдается содержание нитратов более 100 мг/л. Такая вода без очистки может стать одним из факторов, оказывающих прямое влияние на продолжительность жизни. Смертельная доза нитратов для человека составляет 8-15 г.
Как снизить содержание нитритов и нитратов: специальные системы водоочистки. Очень важно не стать самим источником нитратов в воде, для этого держите выгребные ямы и септики как можно дальше от скважины (колодца).
Сульфаты
Предельно допустимая концентрация сульфатов в питьевой воде составляет 500 мг/л
Влияние на сантехнику: Сульфаты способны образовывать накипь. При использовании свинцовых труб концентрация сульфатов выше 200 мг/л может привести к вымыванию в воду свинца.
Влияние на организм: Повышенные содержания сульфатов ухудшают органолептические свойства воды и оказывают физиологическое воздействие на организм человека - они обладают слабительными свойствами.
Как снизить содержание: Чтобы избавиться от избытка сульфатов воде необходимо установить систему обратного осмоса.
Хлориды
Предельно допустимая концентрация хлора в питьевой воде составляет 350 мг/л.
Влияние на сантехнику: -
Влияние на организм: влияет на водно - солевой обмен; повышается уровень хлоридов в крови, что приводит к снижению диуреза и перераспределению хлоридов в органах и тканях;· вызывают угнетение желудочной секреции, в результате чего нарушается процесс переваривания пищи;· имеются данные о том, что хлориды оказывают гипертензивный эффект и у людей, страдающих гипертонической болезнью употребление воды с повышенным содержанием хлоридов может вызвать утяжеление течения заболевания;
Как снизить содержание: Отстаивайте воду в открытых сосудах
Сухой остаток или минерализация
Предельно допустимая концентрация сухого остатка в питьевой воде составляет 1000 мг/л.
Влияние на сантехнику: -
Влияние на организм: а) способствует перегреву в жаркую погоду, б) ведет к нарушению утоления жажды, в) изменяет водно-солевой обмен за счёт увеличения гидрофильности тканей, г) усиливает моторную и секреторную желудка и кишечника.
Как снизить содержание: специальные системы водоочистки.
Тяжелые металлы — очень опасные токсические вещества. В наши дни, мониторинг уровня разных таких веществ особо важен в промышленных и городских районах.
Хотя все знают, что такое тяжелые металлы , не все знают какие химические элементы всё-таки входят в эту категорию. Есть очень много критерий, по которому, разные учёные определяют тяжелые металлы: токсичность, плотность, атомная масса, биохимические и геохимические циклы, распространение в природе. По одним критериям в число тяжелых металлов входят мышьяк (металлоид) и висмут (хрупкий металл).
Общие факты про тяжелые металлы
Известно более 40 элементов, которые относят к тяжелым металлам. Они имеют атомную массу больше 50 а.е. Как не странно именно эти элементы обладают большой токсичностью даже при малой кумуляции для живых организмов. V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo…Pb, Hg, U, Th…все они входят в эту категорию. Даже при их токсичности, многие из них являются важными микроэлементами , кроме кадмия, ртути, свинца и висмута для которых не нашли биологическую роль.
По другой классификации (а именно Н. Реймерса) тяжелые металлы — это элементы которые имеют плотность больше 8 г/см 3 . Таким образом получится меньше таких элементов: Pb, Zn, Bi, Sn, Cd, Cu, Ni, Co, Sb.
Теоретически, тяжелыми металлами можно назвать всю таблицу элементов Менделеева начиная с ванадия, но исследователи нам доказывают, что это не совсем так. Такая теория вызвана тем, что не все они присутствуют в природе в токсических пределах, да и замешательство в биологических процессах для многих минимальна. Вот почему в эту категорию многие включают только свинец, ртуть, кадмий и мышьяк. Европейская Экономическая Комиссия ООН не согласна с этим мнением и считает что тяжелые металлы это — цинк, мышьяк, селен и сурьма. Тот же Н. Реймерс считает, что удалив редкие и благородные элементы из таблицы Менделеева, остаются тяжелые металлы. Но и это тоже не правило, другие к этому классу добавляют и золото, платину, серебро, вольфрам, железо, марганец. Вот почему я вам говорю, что не всё ещё понятно по этой теме…
Обсуждая про баланс ионов различных веществ в растворе, мы обнаружим, что растворимость таких частиц связанно со многими факторами. Главные факторы солюбилизации являются рН, наличие лигандов в растворе и окислительно-восстановительный потенциал. Они причастны к процессам окисления этих элементов с одной степени окисления к другой, в которой растворимость иона в растворе выше.
В зависимости от природы ионов, в растворе могут происходить различные процессы:
- гидролиз,
- комплексообразование с разными лигандами;
- гидролитическая полимеризация.
Из-за этих процессов, ионы могут переходить в осадок или оставаться стабильными в растворе. От этого зависит и каталитические свойства определённого элемента, и его доступность для живых организмов.
Многие тяжелые металлы образуют с органическими веществами довольно стабильные комплексы. Эти комплексы входят в механизм миграции этих элементов в прудах. Почти все хелатные комплексы тяжелых металлов устойчивы в растворе. Также, комплексы почвенных кислот с солями разных металлов (молибден, медь, уран, алюминий, железо, титан, ванадий) имеют хорошую растворимость в нейтральной, слабощелочной и слабокислой среды. Это факт очень важен, потому что такие комплексы могут продвигаться в растворенном состоянии на большие расстояния. Самые подверженные водные ресурсы — это маломинерализованные и поверхностные водоёмы, где не происходит образование других таких комплексов. Для понимания факторов, которые регулируют уровень химического элемента в реках и озерах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла.
В результате миграции тяжелых металлов в металлокомплексы в растворе могут произойти такие последствия:
- В первых, увеличивается кумуляция ионов химического элемента за счёт перехода этих из донных отложений в природные растворы;
- Во вторых, возникает возможность изменения мембранной проницаемости полученных комплексов в отличие от обычных ионов;
- Также, токсичность элемента в комплексной форме может отличаться от обычной ионной формы.
Например, кадмий, ртуть и медь в хелатные формы, имеют меньшую токсичность, чем свободные ионы. Вот почему не правильно говорить о токсичности, биологической доступности, химической реакционной способности только по общему содержанию определённого элемента, при этом, не учитывая долю свободных и связанных форм химического элемента.
Откуда же берутся тяжелые металлы в нашу среду обитания? Причины присутствия таких элементов могут быть сточные воды с разных промышленных объектов занимающийся черной и цветной металлургией, машиностроением, гальванизацией. Некоторые химические элементы входят в состав пестицидов и удобрений и таким образом могут быть источником загрязнения местных прудов.
А если войти в тайны химии, то самым главным виновником повышения уровня растворимых солей тяжелых металлов является кислотные дожди (закисление). Понижение кислотности среды (уменьшение рН) тянет за собою переход тяжелых металлов из малорастворимых соединений (гидроксиды, карбонаты, сульфаты) в более хорошо растворимые (нитраты, гидросульфаты, нитриты, гидрокарбонаты, хлориды) в почвенном растворе.
Ванадий (V)
Надо отметить в первую очередь, что загрязнение этим элементом натуральными способами маловероятна, потому что этот элемент очень рассеян в Земной коре. В природе обнаруживается в асфальтах, битумах, углях, железных рудах. Важным источником загрязнения является нефть.
Содержание ванадия в природных водоёмах
Природные водоёмы содержит ничтожное количество ванадия:
- в реках — 0,2 — 4,5 мкг/л,
- в морях (в среднем) — 2 мкг/л.
В процессах перехода ванадия в растворённом состоянии очень важны анионные комплексы (V 10 O 26) 6- и (V 4 O 12) 4- . Также очень важны растворимые ванадиевые комплексы с органическими веществами, типа гумусовых кислот.
Предельно-допустимая концентрация ванадия для водной среды
Ванадий в повышенных дозах очень вреден для человека. Предельно-допустимая концентрация для водной среды (ПДК) составляет 0,1 мг/л, а в рыбохозяйственных прудах, ПДК рыбхоз ещё ниже — 0,001 мг/л.
Висмут (Bi)
Главным образом, висмут может поступать в реки и озера в результате процессов выщелачивания минералов содержащих висмут. Есть и техногенные источники загрязнения этим элементом. Это могут быть предприятия по производству стекла, парфюмерной продукций и фармацевтические фабрики.
Содержание висмута в природных водоёмах
- Реки и озера содержат меньше микрограмма висмута на литр.
- А вот подземные воды могут содержать даже 20 мкг/л.
- В морях висмут как правило не превышает 0,02 мкг/л.
Предельно-допустимая концентрация висмута для водной среды
ПДК висмута для водной среды — 0,1 мг/л.
Железо (Fe)
Железо — химический элемент не редкий, оно содержится во многих минералах и пород и таким образом в природных водоёмах уровень этого элемента повыше других металлов. Оно может происходить в результате процессов выветривания горных пород, разрушения этих пород и растворением. Образуя разные комплексы с органическими веществами из раствора, железо может быть в коллоидальном, растворённом и в взвешенном состояниях. Нельзя не упомнить про антропогенные источники загрязнения железом. Сточные воды с металлургических, металлообрабатывающих, лакокрасочных и текстильных заводов зашкаливают иногда из-за избытка железа.
Количество железа в реках и озерах зависит от химического состава раствора, рН и частично от температуры. Взвешенные формы соединений железа имеют размер более 0,45 мкг. Основные вещества которые входят в состав этих частиц являются взвеси с сорбированными соединениями железа, гидрата оксида железа и других железосодержащих минералов. Более малые частицы, то есть коллоидальные формы железа, рассматриваются совместно с растворенными соединениями железа. Железо в растворённом состоянии состоит из ионов, гидроксокомплексов и комплексов. В зависимости от валентности замечено что Fe(II) мигрирует в ионной форме, а Fe(III) в отсутствии разных комплексов остаётся в растворённом состоянии.
В балансе соединений железа в водном растворе, очень важно и роль процессов окисления, так химического так и биохимического (железобактерии). Эти бактерии ответственны за переход ионов железа Fe(II) в состояние Fe(III). Соединения трехвалентного железа имеют склонность гидролизовать и выпадать в осадок Fe(OH) 3 . Как Fe(II), так и Fe(III) склоны к образованию гидроксокомплексов типа — , + , 3+ , 4+ , + , в зависимости от кислотности раствора. В нормальных условиях в реках и озерах, Fe(III) находятся в связи с разными растворёнными неорганическими и органическими веществами. При рН больше 8, Fe(III) переходит в Fe(OH) 3 . Коллоидные формы соединений железа самые малоизучены.
Содержание железа в природных водоёмах
В реках и озерах уровень железа колеблется на уровне n*0,1 мг/л, но может повыситься вблизи болот до несколько мг/л. В болотах железо концентрируется в форме солей гуматов (соли гуминовых кислот).
Подземные водохранилища с низким рН содержат рекордные количества железа — до нескольких сотен миллиграммов на литр.
Железо — важный микроэлемент и от него зависят разные важные биологические процессы. Оно влияет на интенсивность развития фитопланктона и от него зависит качество микрофлоры в водоёмах.
Уровень железа в реках и озерах имеет сезонный характер. Самые высокие концентрации в водоёмах наблюдаются зимою и летом из-за стагнации вод, а вот весною и осенью заметно снижается уровень этого элемента по причине перемешивания водных масс.
Таким образом, большое количество кислорода ведёт к окислению железа с двухвалентной формы в трехвалентной, формируясь гидроксид железа, который падает в осадок.
Предельно-допустимая концентрация железа для водной среды
Вода с большим количеством железа (больше 1-2 мг/л) характеризуется плохими вкусовыми качествами. Она имеет неприятный вяжущий вкус и непригодна для промышленных целей.
ПДК железа для водной среды — 0,3 мг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — 0,1 мг/л.
Кадмий (Cd)
Загрязнение кадмием может возникнуть во время выщелачивания почв, при разложения разных микроорганизмов которые его накапливают, а также из-за миграции из медных и полиметаллических руд.
Человек тоже виноват в загрязнении этим металлом. Сточные воды с разных предприятий занимающеюся рудообогащением, гальваническим, химическим, металлургическим производством могут содержать большие количества соединений кадмия.
Естественные процессы по снижению уровня соединений кадмия являются сорбция, его потребление микроорганизмами и выпадение в осадок малорастворимого карбоната кадмия.
В растворе, кадмий находится, как правило, в форме органо-минеральных и минеральных комплексов. Сорбированные вещества на базе кадмия — важнейшие взвешенные формы этого элемента. Очень важна миграция кадмия в живых организмов (гидробиониты).
Содержание кадмия в природных водоёмах
Уровень кадмия в чистых реках и озерах колеблется на уровне меньше микрограмма на литр, в загрязнённых водах уровень этого элемента доходит до нескольких микрограммов на литр.
Некоторые исследователи считают, что кадмий, в малых количествах, может быть важным для нормального развития животных и человека. Повышенные концентрации кадмия очень опасных для живых организмов.
Предельно-допустимая концентрация кадмия для водной среды
ПДК для водной среды не превышает 1 мкг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — меньше 0,5 мкг/л.
Кобальт (Co)
Реки и озера могут загрязниться кобальтом как следствие выщелачивания медных и других руд, из почв во время разложения вымерших организмов (животные и растения), ну и конечно же в результате активности химических, металлургических и металлообрабатывающих предприятии.
Главные формы соединений кобальта находится в растворенном и взвешенном состояниях. Вариации между этими двумя состояниями могут происходить, из-за изменений рН, температуры и состава раствора. В растворённом состоянии, кобальт содержится в виде органических комплексов. Реки и озера имеют характерность, что кобальт представлен двухвалентным катионом. При наличии большого количества окислителей в растворе, кобальт может окисляться до трехвалентного катиона.
Он входит в состав растений и животным, потому что играет важную роль в их развитии. Входит в число основных микроэлементов. Если в почве наблюдается дефицит кобальта, то его уровень в растениях будет меньше обычного и как следствие могут появиться проблемы со здоровьем у животных (возникает риск возникновения малокровия). Этот факт наблюдается особенно в таежно-лесной нечерноземной зоне. Он входит в состав витамина В 12 , регулирует усвоение азотистых веществ, повышает уровень хлорофилла и аскорбиновой кислоты. Без него растения не могут наращивать необходимое количество белка. Как и все тяжелые металлы, он может быть токсичным в больших количествах.
Содержание кобальта в природных водоёмах
- Уровень кобальта в реках варьирует от несколько микрограммов до миллиграммов на литр.
- В морях в среднем уровень кадмия — 0,5 мкг/л.
Предельно-допустимая концентрация кобальта для водной среды
ПДК кобальта для водной среды — 0,1 мг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — 0,01 мг/л.
Марганец (Mn)
Марганец поступает в реки и озера по таким же механизмам, как и железо. Главным образом, освобождение этого элемента в растворе происходит при выщелачивании минералов и руд, которые содержат марганец (черная охра, браунит, пиролюзит, псиломелан). Также марганец может поступать вследствие разложения разных организмов. Промышленность имеет, думаю, самую большую роль в загрязнении марганцем (сточные воды с шахт, химическая промышленность, металлургия).
Снижение количества усваиваемого металла в растворе происходит, как и в случае с другими металлами при аэробных условиях. Mn(II) окисляется до Mn(IV), вследствие чего выпадает в осадок в форме MnO 2 . Важными факторами при таких процессах считаются температура, количество растворённого кислорода в растворе и рН. Снижение растворённого марганца в растворе может возникнуть при его употреблении водорослями.
Мигрирует марганец в основном в форме взвеси, которые, как правило, говорят о составе окружающих пород. В них он содержится как смесь с другими металлами в виде гидроксидов. Преобладание марганца в коллоидальной и растворенной форме говорят о том что он связан с органическими соединениями образуя комплексы. Стабильные комплексы замечаются с сульфатами и бикарбонатами. С хлором, марганец образует комплексы реже. В отличие от других металлов, он слабее удерживается в комплексах. Трехвалентный марганец образует подобные соединения только при присутствии агрессивных лигандов. Другие ионные формы (Mn 4+ , Mn 7+)менее редки или вовсе не встречаются в обычных условиях в реках и озерах.
Содержание марганца в природных водоёмах
Самыми бедными в марганце считаются моря — 2 мкг/л, в реках содержание его больше — до 160 мкг/л, а вот подземные водохранилища и в этот раз являются рекордсменами — от 100 мкг до несколько мг/л.
Для марганца характерны сезонные колебания концентрации, как и у железа.
Выявлено множество факторов, которые влияют на уровень свободного марганца в растворе: связь рек и озер с подземными водохранилищами, наличие фотосинтезирующих организмов, аэробные условия, разложение биомассы (мертвые организмы и растения).
Немаловажная биохимическая роль этого элемента ведь он входит в группу микроэлементов. Многие процессы при дефиците марганца угнетаются. Он повышает интенсивность фотосинтеза, участвует в метаболизме азота, защищает клетки от негативного воздействия Fe(II) при этом окисляя его в трехвалентную форму.
Предельно-допустимая концентрация марганца для водной среды
ПДК марганца для водоёмов — 0,1 мг/л.
Медь (Cu)
Такой важной роли для живых организмов не имеет ни один микроэлемент! Медь — один из самых востребованных микроэлементов. Он входит в состав многих ферментов. Без него почти ничего не работает в живом организме: нарушается синтез протеинов, витаминов и жиров . Без него растения не могут размножаться. Всё-таки избыточное количество меди вызывает большие интоксикации во всех типов живых организмов.
Уровень меди в природных водоёмах
Хотя медь имеет две ионные формы, чаще всего в растворе встречается Cu(II). Обычно, соединения Cu(I) трудно растворимые в растворе (Cu 2 S, CuCl, Cu 2 O). Могут возникнуть разные акваионны меди при наличии всяких лигандов.
При сегодняшнем высоком употреблении меди в промышленности и сельское хозяйство, этот металл может послужить причиной загрязнения окружающей среды. Химические, металлургические заводы, шахты могут быть источниками сточных вод с большим содержанием меди. Процессы эрозии трубопроводов тоже имеют свои вклад в загрязнении медью. Самыми важными минералами с большим содержанием меди считаются малахит, борнит, халькопирит, халькозин, азурит, бронтантин.
Предельно-допустимая концентрация меди для водной среды
ПДК меди для водной среды считается 0,1 мг/л, в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз меди уменьшается до 0,001 мг/л.
Молибден (Mo)
Во время выщелачивания минералов с высоким содержанием молибдена, освобождаются разные соединения молибдена. Высокий уровень молибдена может замечаться в реках и озерах, которые находятся рядом с фабриками по обогащению и предприятиями занимающиеся цветной металлургией. Из-за разных процессов осаждения труднорастворимых соединений, адсорбции на поверхности разных пород, а также употребления водными водорослями и растениями, его количество может заметно уменьшится.
В основном в растворе, молибден может находиться в форме аниона MoO 4 2- . Есть вероятность присутствия молибденоорганических комплексов. Из-за того что при окисления молибденита формируются рыхлые мелкодисперсные соединения, повышается уровень коллоидального молибдена.
Содержание молибдена в природных водоёмах
Уровень молибдена в реках колеблется между 2,1 и 10,6 мкг/л. В морях и океанах его содержание — 10 мкг/л.
При малых концентрациях, молибден помогает нормальному развитию организма (так растительного, как и животного), ведь он входит в категорию микроэлементов. Также он является составной частью разных ферментов как ксантиноксилазы. При недостатке молибдена возникает дефицит этот фермента и таким образом могут проявляться отрицательные эффекты. Избыток этого элемента тоже не приветствуется, потому что нарушается нормальный обмен веществ.
Предельно-допустимая концентрация молибдена для водной среды
ПДК молибдена в поверхностных водоёмах должен не превышать 0,25 мг/л.
Мышьяк (As)
Загрязнены мышьяком в основном районы, которые находятся близко к минеральным рудников с высоким содержанием этого элемента (вольфрамовые, медно-кобальтовые, полиметаллические руды). Очень малое количество мышьяка может произойти при разложении живых организмов. Благодаря водным организмам, он может усваиваться этими. Интенсивное усваивание мышьяка из раствора замечается в период бурного развития планктона.
Важнейшими загрязнителями мышьяком считаются обогатительная промышленность, предприятия по производству пестицидов , красителей, а также сельское хозяйство.
Озера и реки содержат мышьяк в два состояния: во взвешенном и растворённом. Пропорции между этими формами может меняться в зависимости от рН раствора и химической композиции раствора. В растворённом состоянии, мышьяк может быть трехвалентном или пятивалентном, входя в анионные формы.
Уровень мышьяка в природных водоёмах
В реках, как правило, содержание мышьяка очень низкое (на уровне мкг/л), а в морях — в среднем 3 мкг/л. Некоторые минеральные воды могут содержать большие количества мышьяка (до несколько миллиграммов на литр).
Больше всего мышьяка могут, содержат подземные водохранилища — до несколько десяток миллиграммов на литр.
Его соединения очень токсичны для всех животных и для человека. В больших количествах, нарушаются процессы окисления и транспорт кислорода к клеткам.
Предельно-допустимая концентрация мышьяка для водной среды
ПДК мышьяка для водной среды — 50 мкг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — тоже 50 мкг/л.
Никель (Ni)
На содержание никеля в озерах и реках влияют местные породы. Если рядом с водоёмом находятся месторождения никелевых и железно-никелевых руд концентрации могут быть и ещё больше нормального. Никель может поступить в озера и реки при разложении растениях и животных. Сине-зеленые водоросли содержат рекордные количества никеля по сравнению с другими растительными организмами. Важные отходные воды с высоким содержанием никеля освобождаются при производстве синтетического каучука, при процессах никелирования. Также никель в больших количествах освобождается во время сжигания угля, нефти.
Высокий рН может послужить причиной осаждения никеля в форме сульфатов, цианидов, карбонатов или гидроксидов. Живые организмы могут снизить уровень подвижного никеля, употребляя его. Важны и процессы адсорбции на поверхности пород.
Вода может содержать никель в растворённой, коллоидальной и взвешенной формах (баланс между этими состояниями зависит от рН среды, температуры и состава воды). Гидроксид железа, карбонат кальция, глина хорошо сорбируют соединения содержащие никель. Растворённый никель находится в виде комплексов с фульвовой и гуминовой кислот, а также с аминокислотами и цианидами. Самой стабильной ионной формой считается Ni 2+ . Ni 3+ , как правило, формируется при большом рН.
В середине 50ых годов никель был внесён в список микроэлементов, потому что он играет важную роль в разных процессах как катализатор. В низких дозах он имеет положительный эффект на кроветворные процессы. Большие дозы всё-таки очень опасны для здоровья, ведь никель — канцерогенный химический элемент и может спровоцировать разные заболевания дыхательной системы. Свободный Ni 2+ более токсичный, чем в форме комплексов (примерно в 2 раза).
Уровень никеля в природных водоёмах
Предельно-допустимая концентрация никеля для водной среды
ПДК никеля для водной среды — 0,1 мг/л, а вот в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — 0,01 мг/л.
Олово (Sn)
Природными источниками олова являются минералы, которые содержат этот элемент (станнин, касситерит). Антропогенными источниками считаются заводы и фабрики по производству разных органических красок и металлургическая отрасль работающая с добавлением олова.
Олово — малотоксичный металл, вот почему употребляя пищу из металлических консервов мы не рискуем своим здоровьем.
Озера и реки содержат меньше микрограмма олова на литр воды. Подземные водохранилища могут содержать и несколько микрограммов олова на литр.
Предельно-допустимая концентрация олова для водной среды
ПДК олова для водной среды — 2 мг/л.
Ртуть (Hg)
Главным образом, повышенный уровень ртути в воде замечается в районах где есть месторождения ртути. Самые частые минералы — ливингстонит, киноварь, метациннабарит. Сточная вода с предприятий по производству разных лекарств, пестицидов, красителей может содержать важные количества ртути. Другим важным источником загрязнения ртутью считаются тепловые электростанции (которые используют как горючее уголь).
Его уровень в растворе уменьшается главным образом за счёт морских животных и растений, которые накапливают и даже концентрировать ртуть! Иногда содержание ртути в морских обитателей поднимается в несколько раз больше чем в морской среде.
Природная вода содержит ртуть в две формы: взвешенную (в виде сорбированных соединений) и растворённую (комплексные, минеральные соединения ртути). В определённых зонах океанов, ртуть может появляться в виде метилртутных комплексов.
Ртуть и его соединения очень токсичны. При больших концентрациях, имеет отрицательное действие на нервную систему, провоцирует изменения в крови, поражает секрецию пищеварительного тракта и двигательную функцию. Очень опасны продукты переработки ртути бактериями. Они могут синтезировать органические вещества на базе ртути, которые во много раз токсичнее неорганических соединений. При употреблении рыбы, соединения ртути могут попасть в наш организм.
Предельно-допустимая концентрация ртути для водной среды
ПДК ртути в обычной воде — 0,5 мкг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — меньше 0,1 мкг/л.
Свинец (Pb)
Реки и озера могут загрязняться свинцом натуральным путём при смывании минералов свинца (галенит, англезит, церуссит), так и антропогенным путём (сжигание угля, применение тетраэтилсвинца в топливе, сбросы фабрик по рудообогащению, сточные воды с шахт и металлургических заводов). Осаждение соединений свинца и адсорбция этих веществ на поверхности разных пород являются важнейшими натуральными методами понижения его уровня в растворе. Из биологических факторов, к уменьшению уровня свинца в растворе ведут гидробионты.
Свинец в реках и озерах находится во взвешенной и растворённой форме (минеральные и органоминеральные комплексы). Также свинец находится в виде нерастворимых веществ: сульфаты, карбонаты, сульфиды.
Содержание свинца в природных водоёмах
Про токсичность этого тяжелого металла мы наслышаны. Он — очень опасный даже при малых количествах и может стать причиной интоксикации. Проникновение свинца в организм осуществляется через дыхательную и пищеварительную систему. Его выделение из организма протекает очень медленно, и он способен накапливаться в почках, костях и печени.
Предельно-допустимая концентрация свинца для водной среды
ПДК свинца для водной среды — 0,03 мг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — 0,1 мг/л.
Тетраэтилсвинец
Он служит в качестве антидетонатора в моторном топливе. Таким образом, основными источниками загрязнения этим веществом — транспортные средства.
Это соединение — очень токсичное и может накапливаться в организме.
Предельно-допустимая концентрация тетраэтилсвинца для водной среды
Предельно-допустимый уровень этого вещества приближается к нулю.
Тетраэтилсвинец вообще не допускается в составе вод.
Серебро (Ag)
Серебро главным образом попадает в реки и озера из подземных водохранилищах и как следствие сброса сточных вод с предприятий (фотопредприятия, фабрики по обогащению) и рудников. Другим источником серебра могут быть альгицидные и бактерицидные средства.
В растворе, самые важные соединения являются галоидные соли серебра.
Содержание серебра в природных водоёмах
В чистых реках и озерах, содержание серебра — меньше микрограмма на литр, в морях — 0,3 мкг/л. Подземные водохранилища содержат до несколько десяток микрограммов на литр.
Серебро в ионной форме (при определённых концентрациях) имеет бактериостатический и бактерицидный эффект. Для того чтобы можно было стерилизовать воду при помощи серебра, его концентрация должна быть больше 2*10 -11 моль/л. Биологическая роль серебра в организм ещё недостаточно известна.
Предельно-допустимая концентрация серебра для водной среды
Предельно-допустимая серебра для водной среды — 0,05 мг/л.
Марганец в крови
Определение концентрации марганца в крови, используемое для диагностики острой и хронической интоксикации марганцем, а также для оценки баланса этого микроэлемента в организме.
Синонимы русские
Марганец в сыворотке крови.
Синонимы английские
Mn, Manganese, Serum.
Метод исследования
Атомно-адсорбционная спектрометрия (ААС).
Единицы измерения
Мкг/л (микрограмм на литр).
Какой биоматериал можно использовать для исследования?
Венозную кровь.
Как правильно подготовиться к исследованию?
- Не принимать пищу в течение 2-3 часов до исследования, можно пить чистую негазированную воду.
- Не курить в течение 30 минут до исследования.
Общая информация об исследовании
Марганец – элемент, встречающийся в свободном виде в живой природе, а также входящий в состав некоторых органических и неорганических соединений организма человека. Он необходим для формирования костной ткани, синтеза белков, молекул АТФ и регуляции клеточного метаболизма. Кроме того, марганец выступает в роли кофактора одной из разновидностей супероксиддисмутазы (марганцевой), нейтрализующей свободные радикалы, и ферментов глюконеогенеза.
Этот микроэлемент поступает в организм вместе с пищей. Он присутствует в большом количестве в лесных и грецких орехах, арахисе, шпинате, свекле, чесноке, абрикосах и некоторых других продуктах. Суточная потребность взрослого человека в марганце составляет 1,8-2,6 мг. В норме лишь 1-3 % поступающего с пищей марганца абсорбируется в кишке, большая же часть выводится с калом. Как и в случае с другими микроэлементами, концентрация марганца поддерживается на очень низком, но достаточном для обеспечения физиологических функций уровне. Нарушения его баланса могут носить острый или хронический характер и диагностируются с помощью анализа на марганец в крови.
Пищевое отравление солями марганца встречается крайне редко, так как обычно лишь малая его часть всасывается в кишке. Подавляющее большинство случаев отравления – это примеры хронической интоксикации, связанные с вдыханием марганцевой пыли. Наибольшему риску подвержены рабочие, занятые на добыче руды и производстве стали. Обширная поверхность легких обеспечивает быстрое всасывание марганца в кровь, откуда он поступает в различные органы. Отложение марганца в ткани головного мозга сопровождается развитием характерного клинического синдрома, называемого марганцевым паркинсонизмом. Его признаки включают в себя нарушение походки, "маскообразное" лицо, дистонию и слюнотечение. В отличие от идиопатического паркинсонизма, при этой форме отсутствует тремор в покое, но можно наблюдать постуральный и интенционный тремор. Дифференциальная диагностика идиопатического и марганцевого паркинсонизма обязательна, так как заболевания имеют разный прогноз и лечатся по-разному. Особенность марганцевого паркинсонизма заключается при отсутствии ответа на лечение препаратами дофамина и в необратимости изменений. Анализ на марганец в крови позволяет дифференцировать два этих состояния.
Также оценка уровня марганца в крови может потребоваться при обследовании молодого пациента с признаками нетипичного паркинсонизма. Некоторые люди, употребляющие и самостоятельно изготавливающие инъекционные наркотики, применяют в качестве окислителя перманганат калия, который вместе с наркотическим веществом поступает в кровь. В результате концентрация марганца у таких пациентов может составлять 2000-3000 мг/л (для сравнения в норме – 10-12 мг/л). Стойкое повышение уровня марганца повреждает нейроны черного вещества среднего мозга, что приводит к характерным симптомам. Клиническая картина марганцевого паркинсонизма может наблюдаться и у пациентов с заболеваниями печени – она является основным органом, обеспечивающим выведение марганца из организма. При циррозе печени экскреция этого элемента затруднена, в результате чего он аккумулируется в крови и ткани головного мозга.
Считается, что в силу некоторых физиологических особенностей дети более подвержены риску как энтерального, так и ингаляционного отравления марганцем. Так, например, употребление воды с повышенной концентрацией солей марганца имеет большее значение в развитии заболевания у детей, чем у взрослых. Кроме того, клинические проявления хронической интоксикации марганцем у детей также отличаются от симптоматики у взрослых. Марганец оказывает негативное влияние на передачу нервного импульса в дофаминергических путях, обеспечивающих внимание, координацию и познавательную деятельность. Поэтому его уровень в крови целесообразно измерять при обследовании ребенка с синдромом дефицита внимания и гиперактивности и с нарушением способности к обучению.
Вдыхание паров марганца также может приводить к развитию так называемой металлической лихорадки. Это состояние развивается через 3-12 часов после ингаляции паров оксида марганца и чаще наблюдается у сварщиков. Клиническая картина заболевания напоминает грипп: лихорадка, кашель, боль в горле, ощущение заложенности носа, одышка, слабость, миалгия. Особенность "металлической лихорадки" заключается в том, что все симптомы исчезают после прекращения контакта с парами металла (например, в выходные). При исследовании крови у таких пациентов иногда удается выявить повышение концентрации марганца. Следует отметить, что симптомы "металлической лихорадки" не являются специфичными для острого отравления марганцем и наблюдаются также при вдыхании паров оксида цинка, меди, железа, свинца и других металлов. Таким образом, анализ на марганец, а также на другие металлы в крови может быть использован при диагностике профессиональных болезней.
Дефицитом марганца сопровождаются некоторые редкие врождённые болезни обмена. Чаще его нехватка встречается у пациентов, длительное время находящихся на парентеральном питании. Признаки недостаточности марганца: нарушения роста и минерализации костей, метаболизма углеводов и жиров. Измерение концентрации марганца в крови таких пациентов необходимо для оценки баланса этого микроэлемента в организме.
Для чего используется исследование?
- Для диагностики "металлической лихорадки" у сварщико.
- Для диагностики марганцевого паркинсонизма у рабочих горнодобывающей промышленности, молодых людей, употребляющих инъекционные наркотики, и пациентов с циррозом печени.
- Для диагностики хронической интоксикации марганцем у детей с синдромом дефицита внимания, у гиперактивных детей и детей с нарушением способности к обучению.
- Для оценки баланса марганца в организме у пациента, находящегося на полном парентеральном питании.
Когда назначается исследование?
- При симптомах:
- паркинсонизма, особенно у рабочих горнодобывающей промышленности, молодых людей, употребляющих инъекционные наркотики, и пациентов с циррозом печени (нарушения походки и баланса, "маскообразное" лицо, дистония, постуральный и интенционный тремор);
- гриппоподобного синдрома у сварщиков (лихорадка, кашель, боли в горле, ощущение заложенности носа, одышка, слабость, миалгия);
- синдрома дефицита внимания и гиперактивности у детей (невозможность концентрации внимания, легкая отвлекаемость на внешние стимулы – игрушки, письменные принадлежности, – неспособность выполнять упражнения до конца, ждать своей очереди в играх, встревание в разговор, выкрики с места).
- При наблюдении за пациентом, находящемся на полном парентеральном питании.
Что означают результаты?
Референсные значения: 0 - 2 мкг/л.
Причины повышения уровня марганца в крови:
- острое или хроническое отравление марганцем;
- цирроз печени.
Распространенность марганца довольно велика, он занимает 14 место среди часто встречающихся минералов. Есть его присутствие во многих продуктах и естественно в воде, так как он прекрасно растворяется. И, как любой элемент, поступающий в пищу, может принести пользу или вред. Так что, очистка воды от марганца и удержание его в удовлетворительной норме, приобретает высокую значимость.
ГОСТ: марганец в питьевой воде
- в централизованных системах – ≤ 0,1 мг/л;
- марганец в воде из скважин и других открытых источников – ≤ 0,5 мг/л.
В природе, марганец может образовывать до 8 видов оксидов, от MnO до Mn5O8 , и входит в состав медных и железных руд. Образование оксидов зависит от состава среды и внешних физических параметров. Самый устойчивый оксид – MnO2 , он же и самый встречаемый в недрах земли, получил название пиролюзит.
Ввиду широкого применения минерала в металлургии и химическом производстве, особое внимание обращается на его содержание в промышленных стоках. Величина марганца в сточных водах не должна превышать 0,01 мг/дм3.
Марганец в воде: влияние на организм и визуальное определение его наличия
Как известно из медицинской практики – даже ядовитое вещество, в небольшом количестве, может оказать благотворное воздействие на организм, а вот превышение его нормы, приведет к непоправимым последствиям.
Полезные функции марганца в организме
В зависимости от возраста, допустимые суточные дозы разнятся и составляют:
Марганец может быть получен как из воды, так и из пищи. Территория России не имеет районов с бедным содержанием Mn, есть даже избыток марганца в воде. Участие минерала в физиологических процессах живых организмов незаменимо. Его основные функции:
- корректирование уровня глюкозы, побуждение к синтезу аскорбиновой кислоты;
- сдерживание развития сахарного диабета;
- поддержка деятельности нервной системы и мозга;
- выработка холестерина и содействие в функционировании поджелудочной железы;
- образование соединительной, хрящевой и костной ткани;
- регуляция липидного обмена и предотвращение ожирения печени;
- причастность к делению и обновлению клеток;
- сдерживание активности холестерина и предотвращение роста «бляшек»;
- активизация ферментов, для усвоения организмом витаминов B1, C и биотина.
Возможно применение в качестве антиоксиданта при взаимодействии с Fe и Cu. Задерживают марганец в организме P и Ca. Принятие в пищу еды с большим содержанием углеводов, приводит к быстрому изведению запасов Mn в организме. Объем марганца в воде, влияние может оказывать как положительное, так и негативное. При некоторых состояниях образуется недостаток марганца, норма в воде не покрывает его суточной потребности для кормящих матерей и спортсменов.
Вред от превышения марганца в воде
Чем опасен марганец в воде для физиологических функций, он снижает усвояемость железа и конкурирует с медью, а это анемия и сонливость. Немалый вред наносится и ЦНС, выражающийся в снижении работоспособности и развитию ранних амнезий. Тяжелый металл Mn, способен в больших дозах повредить легким, печени и сердцу, а у кормящих женщин остановить лактацию.
Здоровье, одно из основных стремлений человека, но и бытовые проблемы, создаваемые соединениями марганца, могут немало досадить. Визуальное определение марганца в питьевой воде, выполняется проведением осмотра сантехнических приборов и посуды, длительно соприкасающейся с водопроводной жидкостью.
Чаще всего, минерал сопровождает двухвалентное железо и образует с ним нерастворимые соединения. На сантехнике, пищевой посуде образуются черные налеты, в электроприборах быстро нарастает накипь, снижается проходимость труб. Слишком высокий уровень загрязнения, виден уже при наборе воды из водопроводного крана, и даже ощущается на вкус и запах. В этих случаях, надо немедленно сделать анализ воды, марганец и железо должны быть в нем основными исследуемыми параметрами.
Очистка воды от железа и марганца
В водопроводной или артезианской воде, минерал находится в виде двухвалентного положительного иона (Mn2 +), хорошо растворяющегося в жидкостях. Для удаления марганца из воды, его переводят в нерастворимые формы – трех или четырехвалентные. Плотный осадок удаляют зернистыми каталитическими средами или ионообменными смолами.
Фильтры для воды от марганца и методы фильтрации
Методы, применяемые в деманганации:
Аэрация. Применяется при наличии в воде двухвалентного железа. Под действием аэрации железо окисляется и переходит в гидрооксид. Получившееся соединение связывает двухвалентный марганец и осаждает его. Твердые примеси фильтруются через кварцевый песок.
Каталитическое окисление. Проводится гидрооксидом 4-х валентного марганца.
Реагенты-окислители. Здесь используют озон, гипохлорит натрия, сам хлор и его диоксид.
Ионный обмен. Выполняется двумя видами смол: анионообменной (ОН–) и катионообменной (Н+).
Дистилляция. Основана на разнице температур кипения воды и ее примесей. Требуется минерализация воды после процедуры.
В зависимости от результатов анализа на объем марганца в воде, подбирается фильтр с определенным способом фильтрации. Или доочистка воды проводится комплексом фильтрующих компонентов, проводящих последовательное снижение загрязнений жидкости.
В воде скважин. Как правило, он встречается железосодержащей воде, источником которой являются водоемы, речные, морские, подземные воды.
Как марганец поступает в воду?
Природный марганец поступает в поверхностные воды в процессе выщелачивания минералов, включающих марганец (манганитов, пиролюзитов и прочих), а также в результате разложения растений и водных организмов. В водоемы соединения марганца попадают со сточными водами предприятий химической промышленности и металлургических заводов. Содержание марганца в речных водах колеблется в пределах 1-160 мкг/куб.дм, в морских водах – до 2 мкг/куб.дм, в подземных водах – от сотен до тысяч мкг/куб.дм.
В природных водах миграция марганца проистекает в разных формах: комплексных соединений с сульфатами и бикарбонатами, коллоидной, ионной – в поверхностных водах осуществляется переход в высоковалентные оксиды, выпадающие в осадок, комплексных соединений с органическими веществами (органическими кислотами, аминами, гумусовыми веществами и аминокислотами), сорбированных соединений - марганецсодержащих взвесей минералов, вымытых водами.
Баланс и формы содержания марганца в воде определяют температурой, содержанием кислорода, pH, поглощением, выделением его водными организмами и подземными стоками.
Для марганца свойственны сезонные колебания концентрации. Существует множество факторов, влияющих на уровень свободного марганца в растворе – присутствие фотосинтезирующих организмов, связь озер и рек с водохранилищами, разложение биомассы (мертвые растения и организмы), аэробные условия.
Чем опасен марганец?
О повышенных концентрациях марганца в воде свидетельствуют черные пятна и разводы на бытовых приборах и сантехнике. Марганец крайне токсичный элемент, оказывающий губительное воздействие на нервную и кровеносную системы. Избыток металла может проникать в почки, железы внутренней секреции, тонкий кишечник, кости, головной мозг и провоцировать нарушение работы эндокринной системы, поджелудочной железы, а также увеличивать риски развития онкологических заболеваний и болезни Паркинсона. Клиническое проявление хронического отравления марганцем может иметь легочную и неврологическую формы.
При воздействии на нервную систему различают три стадии заболевания:
- Для первой стадии характерно преобладание функциональных нарушений нервной системы, выражающихся в повышенной утомляемости, сонливости, наличии парестезии и постепенного снижения силы в конечностях, симптомах вегетативной дистонии, повышенного слюнотечения и потливости. В ходе объективного обследования могут быть выявлены мышечная гипотония, легкая гипомимия (ослабление выразительных движений лицевой мускулатуры), оживление сухожильных рефлексов, периферические вегетативные нарушения, гипестезия дистального типа. Типичным для этой стадии интоксикации считается изменения психической деятельности: сужение круга интересов, снижение активности, скудость жалоб, ослабление ассоциативных процессов, снижение памяти и критики к болезни. Вслед за изменениями психики, как правило, наблюдаются очаговые неврологические симптомы интоксикации, но в виду снижения критики больных к собственному состоянию такие изменения зачастую своевременно не диагностируются. При продолжении контакта с повышенными концентрациями марганца признаки интоксикации могут нарастать, и процесс рискует приобрести необратимый органический характер.
- Для второй стадии характерно нарастание симптомов токсической энцефалопатии, таких как мнестико-интеллектуальный дефект, выраженный астенический синдром, сонливость, апатия, неврологические признаки экстрапирамидной недостаточности: брадикинезия, гипомимия, мышечная дистония с повышением тонуса отдельных групп мышц, про- и ретропульсия. Усугубляются признаки полиневрита, слабость, парастезии конечностей. Также наблюдается угнетение функции надпочечников, гонад и других эндокринных желез. Даже прекращение контакта с марганцем не останавливает развитие этого процесса, который прогрессирует еще в течение нескольких лет. На этой стадии полное восстановление здоровья в большинстве случаев не наблюдается.
- Для третьей стадии интоксикации, так называемого марганцевого паркинсонизма, показательны грубые расстройства двигательной сферы: дизартрия, маскообразность лица, монотонная речь, нарушение письма значительная гипокинезия, спастико-паретическая походка, грубые про- и ретропульсии, парез стоп. Наблюдается повышение тонуса мышц по экстрапирамидному типу, в подавляющем большинстве случаев в ногах. Иногда отмечается гипотония или дистония мышц, полиневритический тип гипестезии. Также характерные различные расстройства психики: больные благодушны, эйфоричны или апатичны. Снижена или отсутствует критика к собственной болезни, могут иметь место насильственные эмоции (смех или плач). Мнестико-интеллектуальный дефект выражен в значительной степени (затруднение в определении времени, забывчивость, ухудшение социальной, в том числе профессиональной, деятельности).
В виду возможности наступления таких тяжелых последствий важно своевременно выявить наличие избытка марганца в воде, которую человек принимает в пищу и использует для принятия водных процедур, чистки зубов и т.д.
Предельно-допустимые концентрации марганца
Согласно данным Всемирной организации здравоохранения с 1998 года определены нормы предельно-допустимого содержания марганца в водопроводной воде. Эта цифра составляет 0.05 мг/л. В то время как в США показатели достигают 0.5 мг/л. В соответствии с российскими санитарными нормами уровень предельно-допустимого содержания марганца в воде хозяйственно-питьевого назначения не должен превышать 0,1 мг/л.
Избыточное содержание марганца снижает органолептические свойства воды. Уровень содержания выше 0.1 мг/л провоцирует появление нежелательного привкуса воды и появление пятен на санитарно- технических изделиях. Накапливаясь в водопроводных трубах, марганец провоцирует появление черного осадка и, как следствие, мутной воды.
Методы устранения марганца
Если наличие железа в воде, как правило, подразумевает и наличие марганца, то сам марганец может содержаться в воде и при отсутствии в ней избытка железа. При этом он не меняет вкус, цвет и запах воды. В отдельных случаях, при соприкосновении марганца с чем-либо, остаются черные или коричневые следы даже при условии его минимальных концентраций в воде (в количестве 0.05 мг/л).
Предельно-допустимая концентрация марганца определяется с точки зрения его красящих свойств. В зависимости от ионной формы, марганец удаляется ионным обменом, методами аэрации с последующим фильтрованием, каталитическим окислением, обратным осмосом либо дистилляцией. Марганец, растворенный в воде, окисляется медленнее железа, поэтому удалить его из воды достаточно трудно. Неглубокие воды и поверхностные скважины содержат коллоидные и органические соединения марганца. В подобных водах встречается нерастворимая гидроокись марганца, так называемая «черная вода».
На внутренних стенках теплонапряженных элементов и труб марганец осаждается черной пленкой, которая значительно затрудняет необходимый теплообмен в технологических процессах.
В воде, добываемой из подземных скважин и естественных водоемов, марганец находится в двухвалентной форме. Это частично растворимая форма, которая выпадает в осадок исключительно при условии сильного нагревания раствора. Для осуществления очистки воды от марганца нужно перевести ионы марганца в трех-, или четырехвалентную форму. В ней марганец образует соли кислот, гидроксиды, нерастворимые оксиды (в зависимости от того реагента, с помощью которого производится осаждение марганца после окисления).
В общей сложности процессы очистки воды заключаются в окислении двухвалентного марганца до трех-, четырехвалентного. После этого происходит реакция четырехвалентного марганца с кислородом или другим веществом, с которым образуется нерастворимый осадок. А осадок уже фильтруется механическим способом.
Аэрация с последующей фильтрацией
Аэрация в процессе очистке воды от марганца осуществляется аналогично безреагентному обезжелезиванию воды: применяется вакуумно-эжекционный аппарат, с помощью которого воду насыщают кислородом, способным окислять марганец до необходимой валентности, а далее фильтруют с помощью механических фильтров (песка и прочих).
Такой способ очистки воды считается наиболее экономичным. Однако применять его во всех случаях невозможно, потому как для осуществления реакции окисления марганца кислородом воздуха требуется соблюсти некоторые условия.
Данный метод очистки актуален при перманганатной окисляемости исходной воды до 9.5 мг/л. Обязательным является присутствие в воде двухвалентного железа. В процессе его окисления образуется гидроксид железа, который адсорбирует двухвалентный марганец и каталитически его окисляет. Соотношение концентраций / должно быть не менее 7/1.
Каталитическое окисление
В процессе очистки воды от марганца активно применяются каталитические процессы. С помощью насоса дозатора на поверхности фильтрующего материала образуется слой гидроксида четырехвалентного марганца, способного окислить двухвалентный оксид марганца до трехвалентной формы. Трехвалентная форма оксида окисляется растворенным кислородом воздуха до нерастворимой формы, при условии высоких концентраций в том числе.
Обратный осмос
Для удаления марганца из воды используют такие методы как очистка воды обратным осмосом и введение реагентов окислителей. Этот метод применяется при чрезвычайно высокой концентрации содержания марганца в исходной воде. В качестве реагента используют сильные окислители: хлор, его диоксид, гипохлорит натрия и озон.
Деманганация перманганатом калия
Данный метод применяется как для подземных, так и для поверхностных вод. Введение в воду перманганата калия провоцирует окисление растворенного марганца с образованием малорастворимого оксида марганца в соответствии со следующим уравнением:
3 Mn2+ + 2 KMnO4 + 2 H2O = 5 MnO2↓ + 4 H+ (1)
Осажденный оксид марганца (в виде хлопьев) отличается высокой развитой удельной поверхностью, приблизительно 300 кв.м на 1 г осадка. Это свидетельствует о его высоких сорбционных свойствах. Данный осадок является отличным катализатором, так как при его наличии возможна деманганация при показателе pH 8.5. Для избавления от 1 мг двухвалентного марганца потребуется 1.92 м перманганата калия. Такая пропорция предполагает окисление 97% двухвалентного марганца.
Следующим этапом очистки воды является введение коагулянта для выведения продуктов окисления и элементов, присутствующих в воде в виде взвеси. Вода после коагуляции фильтруется с использованием песчаного наполнителя. Кроме того может применяться ультрафильтрующее оборудование.
Введение реагентов-окислителей
Скорость окисления марганца озоном, гипохлоритом натрия, хлором, диоксидом хлора зависит от показателя pH. При добавлении хлора или гипохлорита натрия полная окислительная реакция наблюдается при pH от 8.0-8.5, при условии длительности взаимодействия между окислителем и водой 60-90 минут. Зачастую исходную воду необходимо подщелачивать. Такая необходимость возникает, когда в качестве окислителя используется кислород и pH не превышает 7.
Теоретически для окисления двухвалентного марганца до четырехвалентного необходимо использовать 1.3 мг реагента на 1 мг марганца. На практике дозы, как правило, выше.
Более эффективно применять диоксид хлора или озон. В таком случае окисление марганца займет 10-15 минут (при условии параметра pH равного 6.5-7.0). Согласно стехиометрии доля озона должна составлять 1.45 мг (или диоксида хлора 1.35 мг) на 1 мг двухвалентного марганца. Важно учитывать, что при озонировании озон будет разлагаться оксидами марганца, поэтому его пропорция должна быть большей, чем в теоретическом расчете.
Ионный обмен
Для очистки воды данным образом производится водородное или натриевое катионирование. В процессе очистки вода обрабатывается в двух слоях ионообменного материала с целью более эффективного удаления всех растворенных солей. Одновременно и последовательно используется катионообменная смола с ионами водорода H+, а также, анионообменная смола с ионами гидроксила OH-. Учитывая тот факт, что все растворимые в воде соли состоят из анионов и катионов, смесь смол в очищаемой воде заменяет их на ионы гидроксила OH- и водорода H+. В итоге, в результате химической реакции положительные и отрицательные ионы объединяются и образуют молекулы воды, то есть происходит процесс обессоливания воды.
При подборе многокомпонентной сложной комбинации ионообменных смол, эффективной и приемлемой для качества воды с большим пределом параметров, такой метод является наиболее перспективным в борьбе с марганцем и железом.
Дистилляция
Данный метод предполагает выпаривание воды с последующей концентрацией пара. Температура кипения молекул воды составляет 100 градусов Цельсия. У других веществ – другие температуры кипения. Благодаря этой разнице извлекается вода. То, что закипает при меньшей температуре, испаряется первым, то, что при большей испаряется после выкипания большей части воды. В результате получается вода без примесей. Однако, такая технология является довольно энергоемкой.
