Марганец - элементпобочной подгруппы седьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, атомный номер 25. Обозначается символом Mn.
Марганец принадлежит к весьма распространённым элементам, составляя 0,03% от общего числа атомов земной коры. Среди тяжёлых металлов (атомный вес больше 40) марганец занимает по распространению в земной коре третье место вслед за железом и титаном.
Марганец весьма интересен в биохимическом отношении. Точные анализы показывают, что он имеется в организмах всех растений и животных. Содержание его обычно не превышает тысячных долей процента, но иногда бывает значительно выше. Например, в листьях свеклы содержится до 0,03 %, в организме рыжих муравьёв - до 0,05 %, а в некоторых бактериях даже до нескольких процентов марганца.
Марганец принадлежит к числу немногих элементов, способных существовать в восьми различных состояниях окисления. Однако в биологических системах реализуются только два из этих состояний: Mn (II) и Mn (III).
Марганец присутствует в природных водах в различных формах, которые зависят от кислотности среды. В подземных водах при отсутствии кислорода марганец встречается обычно в форме двухвалентных солей. В поверхностных водах марганец находится в форме органических комплексных соединений, коллоидов и тонкодисперсных взвесей.
К основным источникам поступления соединений марганца относятся:
1. Питьевая вода является источником поступления марганца, так как нормативы для очищенного стока для сброса в залив в 10 раз жёстче нормативов по питьевой воде (фактическое содержание марганца в питьевой водопроводной воде до 0,05 мг/дм 3) .
2. Грунтовые воды (содержание марганца до 0,5 мг/дм 3): в случаях дренирования в самотечную систему хозбытовой канализации.
3. Внешние субабоненты: предприятия, имеющие независимые источники водоснабжения (скважины) (содержание марганца до 0,1 мг/дм 3), хозфекальные воды с танкеров (содержание марганца до 0,6 мг/дм 3).
В итоге получаем, что концентрация общего марганца на входе очистных сооружений хозбытовых сточных вод составляет 0,3 - 0,4 мг/дм 3 .
Содержание марганца в поверхностных водных объектах непостоянно и имеет выраженные периодические колебания. Максимумы наблюдаются в зимне-весенний период (февральско-мартовский пик), летний период (августовский пик) и осенне-зимний период. В эти периоды содержание марганца в поверхностных водных объектах может в десятки раз превышать средние значения. Вероятные причины февральско-мартовского пика: снижение концентрации растворённого кислорода и рН воды (при ещё существующем ледовом покрытии), уменьшение роли окислительных процессов в толще воды. Увеличению концентрации свободного марганца в августе способствуют: отмирание фитопланктона, в частности сине-зеленых водорослей, которые выделяют марганец в виде свободных катионов Мn (II) (около 60%) и низкомолекулярных соединений (около 30 - 35%), уменьшение концентрации растворённого кислорода, который расходуется на окисление «органического вещества» разлагающихся гидробионтов. Следует отметить, что разложение высшей водной растительности с последующим выделением в воду Мn (II) протекает в течение 7-8 месяцев. Это обстоятельство, по-видимому, также может быть причастно к февральско-мартовскому пику.
Высокие концентрации растворённого марганца в осенне-зимний период обусловлены поступлением его из иловых вод. Этот период очень близок в зимне-весеннему. В восстановительных условиях содержания растворённых форм марганца в иловых водах составляет 1-3 мг/дм 3 .
Нейротоксичность марганца не до конца объяснена. Есть данные, говорящие о взаимодействии марганца с железом, цинком, алюминием и медью. На основании ряда работ, нарушение метаболизма железа считается возможным механизмом повреждения нервной системы. При этом возможно окислительное повреждение.
Возможно, долговременное накопление марганца влияет на способность к воспроизведению. В исследованиях на животных, беременность под длительным воздействием больших доз марганца чаще завершалась врожденными уродствами у потомства.
Марганец может нарушать работу печени, однако эксперименты показывают, что порог токсичности очень высок. С другой стороны, более 95% марганца выводится из организма с желчью, и любое повреждение печени может замедлить детоксикацию, повышая концентрацию марганца в плазме крови.
Указанные обстоятельства свидетельствуют в пользу ужесточения нормативов содержания солей этого тяжелого металла в сточных водах.
За период с 25.04.14 по 08.05.14 в 2 пробах питьевой воды (скважина) было обнаружено превышение содержания марганца и железа.
В природные воды марганец поступает в результате выщелачивания железомарганцевых руд и других минералов почвогрунтов. Значительное количество поступает в процессе разложения остатков водных животных и растительных организмов.
Содержание марганца в воде родников подвержено сезонным колебаниям.
ПДК марганца в питьевой воде - 0,1 мг/дм3.
Марганец считается одним из наиболее часто встречающихся токсичных элементов в составе родниковой воды, и при превышении ПДК может вызывать множество нежелательных последствий для здоровья.
Если в питьевой воде превышена допустимая концентрация марганца, то жидкость приобретает желтоватый оттенок и имеет малоприятный вяжущий привкус. Пить такую воду не только неприятно из-за плохого вкуса, но и опасно для здоровья.
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, поражать головной мозг. В результате постоянного употребления питьевой воды, в которой превышено содержание данного химического элемента, может начаться хроническое отравление этим металлом. Отравление имеет либо неврологическую, либо легочную форму. В случае неврологической формы отравления (при проникновении марганца в канальцы нервных клеток, происходит торможение прохождения нервных импульсов) у пациента наблюдается полное безразличие к происходящим вокруг событиям, сонливость, потеря аппетита, головокружения, сильные головные боли.
Отравление марганцем очень сложно диагностировать. Симптомы при отравлении марганцем присущи многом заболеваниям. Особенно опасно употребление воды с повышенной концентрацией марганца беременными женщинами. У женщин, употребляющих во время беременности воду с повышенной концентрацией марганца, очень часто рождаются умственно неполноценные дети.
Концентрация железа в воде подвержена заметным сезонным колебаниям.
ПДК железа в питьевой воде 0,3 мг/дм3.
Превышение ПДК железа в воде способствует увеличению риска инфарктов, аллергических реакций, заболеваний печени, крови.
Следует отметить, что во всех подземных и поверхностных водоисточниках качество воды разное. Кроме того, в каждом водоисточнике, особенно поверхностном, характер воды меняется с течением времени. Так, максимум органических веществ наблюдается обычно в период паводков.
С ростом урбанизации и промышленного производства, химизации сельского хозяйства все большее влияние на общую водную экологию оказывает антропогенный фактор, т.е. фактор использования воды человеком.
Поэтому в настоящее время появилась большая необходимость контролировать безопасность и качество употребляемой воды.
Химико-токсикологические исследования небходимо проводить аккредитованных лабораториях.
В федеральном государственном учреждении «Центральная научно-производственная ветеринарная радиологическая лаборатория» в химико-токсикологическом отделе определение содержания железа и марганца в воде (а также ряда других элементов, таких как алюминий, серебро, никель, кальций, магний, хром, натрий, кремний, кадмий, мышьяк, свинец, кобальт, никель и др.) проводится методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой на современном приборе Optima 7300DV.
Повышенная мутность характерна как для артезианской, колодезной, так и для водопроводной воды. Мутность вызывают взвешенные и коллоидные частицы, рассеивающие свет. Это могут быть как органические, так и неорганические вещества или те и другие одновременно. Сами по себе взвешенные частицы в большинстве случаев не представляет серьезной угрозы для здоровья, но для современного оборудования, они могут стать причиной преждевременного выхода из строя. Повышенная мутность водопроводной воды часто связана с механическим отрывом продуктов коррозии трубопроводов и биоплёнок, развивающихся в системе центрального водоснабжения. Причиной повышенной мутности артезианских вод обычно являются глинистые или известковые взвеси, а так же образующиеся при контакте с воздухом нерастворимые окислы железа и других металлов.
Качество воды из колодцев наименее стабильно, поскольку грунтовые воды подвержены влиянию внешних факторов. Высокая мутность из колодцев может быть связана с поступлением в грунтовые воды труднорастворимых природных органических веществ из грунтов с техногенным загрязнением. Высокая мутность негативно влияет на эффективность дезинфекции, в результате чего прикрепленные к поверхности частиц микроорганизмы выживают и продолжают развиваться на пути к потребителю. Поэтому снижение мутности часто позволяет улучшить микробиологическое качество воды.
Железо в воде
Высокое содержание железа в водопроводе связано с различными причинами. В водопровод эти примеси попадают в результате коррозии трубопроводов или использования на станциях водоподготовки железосодержащих коагулянтов, а в артезианские воды - в следствие контакта железосодержащих минералами. Содержание железа в артезианских водах в среднем превышают нормативное значение в 2-10 раз. В некоторых случаях превышение может быть до 30-40 раз. Обычно непосредственно после получения артезианская вода не несёт видимых признаков наличия соединений железа, однако при контакте с кислородом воздуха через 2-3 часа возможно появления желтой окраски, а при более продолжительном отстаивании может наблюдаться образование светло-коричневого осадка. Все это является результатом протекания окислительного процесса, в ходе которого выделяется тепло. Стимулирующих развитие в артезианской воде железистых бактерий.
Марганец в воде
Примеси марганца из артезианских скважин обнаруживается одновременно с примесями железа. Источник их поступления один и тот же - растворение марганцесодержащих минералов. Превышение содержания марганца в питьевой воде ухудшает её вкус, а при использовании для хозяйственно-бытовых нужд наблюдается образование тёмных отложений в трубопроводах и на поверхностях нагревательных элементов. Мытье рук с высоким содержанием марганца приводит к неожиданному эффекту - кожа сначала сереет, а потом и вовсе чернеет. При продолжительном уподоблении воды с высоким содержанием марганца повышается риск развития заболеваний нервной системы.
Окисляемость и цветность
Повышенная окисляемость и цветность поверхностных и артезианских источников водоснабжения свидетельствует о наличии примесей природных органических веществ - гуминновых и фульвокислот, являющихся продуктами разложения объектов живой и неживой природы. Высокое содержание органических веществ в поверхностных водах фиксируются в период гниения водорослей (июль - август). Одной из характеристик концентрации органических загрязнений является перманганатная окисляемость. В области залегания торфа, особенно в районах крайнего севера и восточной Сибири, этот параметр может в десятки раз превышать допустимые значение. Сами по себе природные органические вещества не представляют угрозы для здоровья. Однако при одновременном присутствии железа и марганца образуются их органические комплексы, затрудняющие их фильтрацию методом аэрации, то есть окисление кислородом воздуха. Наличие органических веществ природного происхождения затрудняет дезинфекцию воды окислительными методами, так как образуются побочные продукты дезинфекции. К их числу тригалометанны, галогенуксуснаякислота, галокетоны и галоацетонитрил. Большинство исследований показывают, что вещества данной группы обладают концерагенным эффектом, а так же оказывают негативное влияние на органы пищеварительной и эндокринной систем. Основным способом предотвращения образования побочных продуктов дезинфекции является ее глубокая очистка от природных органических веществ перед стадией хлорирования, однако традиционные методы централизованной водоподготовки этого не обеспечивают.
Запах воды. Вода с запахом сероводорода
Запах водопроводной, артезианской и колодезной воды делают её непригодной для употребления. При оценке качества воды потребители ориентируются на индивидуальные ощущения запаха, цвета и вкуса.
Питьевая вода не должна каким-либо запахом, заметным для потребителя.
Причиной запаха водопроводной воды чаще всего является растворенный хлор, поступающий в воду на стадии дезинфекции при централизованной водоподготовке.
Запах артезианской может быть связан с наличием растворенных газов - сероводорода, оксида серы, метана, аммиака и другими.
Некоторые газы могут быть продуктами жизнедеятельности микроорганизмов или результатом техногенного загрязнения источников водоснабжения.
Колодезная вода наиболее подвержена посторонним загрязнениям, поэтому часто неприятный запах может быть связан с присутствием нефтепродуктов и следов бытовой химии.
Нитраты
Нитраты в колодезной и артезианской воде могут представлять серьезную угрозу для здоровья потребителей, поскольку их содержание может в несколько раз превышать действующий норматив на питьевую воду.
Основной причиной поступления нитратов в поверхностные и подземные воды является миграции компонентов удобрений в почвах.
Употребление с высоким содержанием нитратов приводит к развитию метгемоглобинемии - состояния, характеризующегося появления в крови повышенного значения метгемоглобина (>1%), нарушающего перенос кислорода от легких к тканям. В результате отравления нитратами дыхательная функция крови резко нарушается и может начаться развитие цианоза - синюшней окраски кожи и слизистых оболочек.
Кроме того, рядом исследований показано негативное влияние нитратов на усвоение йода в организме и концерогенный эффект продуктов их взаимодействия с различными веществами человеческого организма.
Жесткость воды. Жесткая и мягкая вода
В основном определяется концентрацией в ней ионов кальция и магния.
Существует мнение, что жесткая вода не несет опасности для здоровья потребителей, но это противоречит выводам многолетних исследований одного из крупнейших специалистов по проблемам питания американскому исследователю Полю Брегу. Он считает, что ему удалось установить причину раннего старения человеческого организма. Причиной этого является жесткая вода. По мнению Поля Брега, соли жесткости «зашлаковывают» кровеносные сосуды так же, как и трубы, по которым протекает вода с высоким содержанием солей жесткости. Это приводит к снижению эластичности сосудов, делая их хрупкими. Особенно это проявляется в тонких кровеносных сосудах коры головного мозга, что по мнению Брега, приводит к старческому маразматизму пожилых людей.
Жесткая вода создает целый ряд бытовых проблем, вызывая образование осадков и налетов на поверхности трубопроводов и рабочих элементах бытовой техники. Эта проблема особенно актуальна для приборов с нагревательными элементами - водогрейных котлов (бойлеров), стиральных и посудомоечных машин.
При использовании жесткой воды в быту слой отложений солей кальция и магния на теплопередающих поверхностях постоянно растет, в результате чего снижается эффективность теплопередачи и увеличивается расход тепловой энергии на нагрев. В отдельных случаях возможен перегрев рабочих элементов и их разрушение.
Очистка воды от фтора
Впервые существование фтора предположил великий химик Лавуазье, еще в XVIII веке, но тогда он не смог выделить его из соединений. После него получить фтор в свободномвиде пытались многие известные ученые, но почти все они либо стали инвалидами из-за этих опытов, либо погибли при их проведении. После этого фтор и назвали «разрушающим» или «несущим гибель». И только в конце XIX века удалось методом электролиза выделить фтор из его соединений.
Как видим, фтор очень опасен, и, тем не менееэлемент с такими свойствами является необходимым для множества живых организмов, в том числе и человека. В артезианской воде фтор содержится в виде соединений.
Фтор - это непростой элемент, и граница между его недостатком и избытком в организме трудноуловима. Дозу фтора очень легко превысить, и тогда он становиться для нашего организма тем, чем и является в природе - ядом.
Фтор содержится в различных продуктах питания: в черном и зеленом чае, морепродуктах, морской рыбе, грецких орехах, в крупах - в овсяной, рисе, гречке, яйцах, печени и т.д. Получить фтор из продуктов питание довольно сложно. Взрослому человеку для получения суточной нормы фтора, необходимо съесть 3,5 кг зернового хлеба, или 700 г лосося, 300 г грецких орехов.
Наиболее легко фтор извлекается из воды. Фтор выполняет в нашем организме много необходимых функций. От него зависит состояние костной системы, её прочность и твердость, состояние и рост волос, ногтей и зубов.
Однако, предупреждаем, что необходимо опасаться превышения фтора в организме. В связи с этим, с нашей точки зрения, не желательно, чтобы концентрация фтора превышала 0,5 - 0,8 мг/л, учитывая, что рекомендуется выпивать в сутки до 2 литров чистой воды. При избытке фтора в организме замедляется обмен веществ и рост, деформируются кости скелета, поражается эмаль зубов, человек слабеет и может появиться рвота, учащается дыхание, падает давление, появляется судорога, поражаются почки.
При использовании воды из скважины иногда отмечается появление темных крупинок. Естественно, возникает вопрос о том, может ли это нанести вред здоровью, и что предпринять в этой ситуации.
Что делать, если в воде появились черные или серые крупинки?
Появление заметных крупинок в воде, необычного запаха и изменение цвета является сигналом наличия вредных примесей. Поэтому в первую очередь нужно до минимума снизить количество используемой воды и провести анализ. Сделать его можно в частной лаборатории или санитарной станции. В зависимости от типа анализа результат придется ждать 3-7 дней.
Черно-серые крупинки в воде чаще всего сигнализируют о превышении допустимого уровня марганца в ней. В питьевой воде этот показатель не должен превышать 0,1 мг/л. В подземных источниках этот металл сопутствует железу и по свойствам схож с ним.
Как влияет марганец на организм человека
Для человеческого здоровья превышение концентрации марганца вредно. Помимо черно-серых крупинок показателем повышенного содержания марганца является слабый желтый оттенок воды и неприятный привкус. Причем последний заметен также в чае или кофе, а не только необработанной воде. Основное негативное воздействие водой с повышенным содержанием кальция оказывается на нервную систему. Согласно научным исследованиям, у детей, которые постоянно употребляли марганец в повышенных дозах, отмечается снижение интеллектуальных способностей.
Также вредное воздействие марганцем оказывается и на другие органы. Например, этот элемент перерабатывается и накапливается печенью, что влияет на ее работу. Марганец проникает в кости, кишечник, почки, мозг. Если не предотвратить поступление в организм марганца в повышенных дозах, это в конечном итоге приведет к отравлению. Основными симптомами при этом являются:
- Упадок сил и апатия;
- Головокружение и головные боли;
- Снижение аппетита;
- Постоянная смена настроения;
- Боли и судороги в спине.
Также негативному воздействию подвергается система отопления и водопроводные трубы. На их поверхности образуется налет, который затрудняет прохождение потока воды. Со временем налет начинает отслаиваться. Именно они появляются в воде в виде крупиц.
Что делать, если концентрация марганца в воде повышена
Из-за вредного влияния марганца на здоровье человека к водоподготовке важно подходить ответственно. Соответствующее оборудование подбирается с учетом результатов проведенного анализа. Принцип их действия основан на окислении марганца. Благодаря этому он выпадает в осадок, который механическими способами затем удаляется.
Очищаем воду от марганца, фильтры и цены Пермь
| Название | Мощность м3/ч | Гарантия | Подбор | Цена | Цена по акции -30% |
|---|---|---|---|---|---|
| Умягчитель WS 0844 | 0,6 | 5 лет | Бесплатно | 28 670 | 22 054 |
| Умягчитель WS 1044 | 1,1 | 5 лет | Бесплатно | 35 411 | 27 239 |
| Умягчитель WS 1054 | 1,5 | 5 лет | Бесплатно | 39 536 | 30 412 |
| Умягчитель WS 12 | 1,8 | 5 лет | Бесплатно | 46 128 | 35 483 |
| Умягчитель WS 13 | 2,1 | 5 лет | Бесплатно | 51 222 | 39 401 |
| Умягчитель WS 14 | 2,8 | 5 лет | Бесплатно | 67 822 | 52 171 |
Загрязнение воды марганцем - серьезная проблема при подготовке воды к использованию.
Источником загрязнения марганцем служит поднятие глубинных воды при тектонических подвижках земли. Но это не столь частый случай, как загрязнение сточными водами с земель, где используются марганце содержащие удобрения. Марганец относится к тяжелым металлам и повышение его концентрации грозит тяжелыми последствиями для организма. При этом внешне на вид и на вкус определить повышение количества марганца в воде можно определить уже только при очень высоком уровне его концентрации. Тогда вода становится мутноватой с желтоватым оттенком и терпкой.
В организме марганец способствует кровеобразующим функциям, регулирует деятельность половых желез и гипофиза. При этом количество марганца, необходимое для этих функций очень мало. Любой переизбыток приводит к тяжелым последствиям. Доза, обладающая токсичными свойствами для человека равняется 40 мг в день . Летальная доза до сих пор не определена. В принципе этот элемент считается наименее ядовитым из всех тяжелых металлов, а его содержание в естественных условиях редко бывает завышенным. Обычно все отравления случаются вследствии регулярных технологических производственных выбросов. Симптомы проявляются не сразу. Только по прошествии несколько лет можно заметить явную клиническую кратину нарастания накопления марганца в организме.
Предельно допустимая концентрация марганца в питьевой воде и воде для бытового использования в России, Украине и других странах СНГ составляет 0,1 миллиграмма на литр воды. В некоторых странах Европы требования ужесточены.
Вред для здоровья человека
Во-первых повышенное содержание марганца приводит к нарушениям работы нервной системы. Симптомами является утомляемость, сонливость, ослабление памяти. Организм не может усвоить избыточное содержание марганца.
Во-вторых , повышенное содержание марганца в воде может вызвать элементарную аллергию как на марганец, так и на другие вещества в комплексе.
В-третьих , марганец может вызвать мочекаменную болезнь, закупорку сосудов, нарушение работы вегето-сосудистой системы, проблемы с печенью и железами внутренней секреции. Все эти симптомы вызываются отложениями солей тяжелых металлов.
В четвертых , опосрдеованно благодаря нарушению работы сосудов вкупе с аллергией марганец провоцирует легочные и бронхиальные заболевания.
Переизбыток марганца является одной из причин повышения хрупкости и ломкости костей.
В редких случая чрезмерная концентрация марганца вызывает "марагнцевое безумие". Человек ведет себя неадекватно, агрессивно, непоследовательно.
Вред для бытовой техники и коммуникационных сетей
В отличии от переизбытка железа в воде марганец не влечет за собой таких суровых последствий для техники и коммуникаций.
Его избыток выражается в пятнах и коричневатом осадке на поврехности сантехники. В долгосрочном периоде марганец в виде отложений может забить трубы. Единственное отличие, что засор от марганца убрать намного сложнее. Иногда марганец может стать красящим веществом при стирке и испортить вещи.
Удаление марганца из воды
Определение количества марганца в воде осуществляется в химической лаборатории. На внешний вид, как уже говорилось выше, этот фактор не определить.
Для очистки воды от марганца применяется окисление. С его помощью марганец из неактивной двухвалентной формы преобразуется в трех- и четырехвалентную. Затем этот марганец выпадает в виде осадка, который в свою очередь благополучно удаляется фильтром.
Методы, применяемые для извлечения солей и ионов марганца из воды:
1. Аэрация с последующим механическим фильтрованием;
2. Реагентная обработка при помощи перманганата калия с последующей коагуляцией слабыми кислотами, например кремневой кислотой. Применяется при больших концентрациях загрязнителя.
3. Обратный осмос применяется при очень высоких концентрациях марганца в исходной воды.
4. Фильтрование через загрузку, на которую был нанесен слой гидроксида 4-валентного марганца.
