Железо в питьевой и грунтовой воде: польза и вред, безопасность и лабораторный контроль

Вода – это источник жизни для всего живого на Земле. Она участвует во всех жизненно важных процессах функционирования организма: насыщение клеток кислородом, переваривание и усвоение пищи, выведение шлаков, регулирование температуры тела и др.

Качество и безопасность воды во всем мире имеет огромнейшее значение для человека и окружающей среды. Только чистая качественная вода подходит для употребления в пищу. От химического состава воды зависит ее влияние на организм.

Специалисты Алтайского филиала ФГБУ «Центр оценки качества зерна» рассказали о таком обыденном, но очень важном показателе, как повышенное содержание железа в воде – чем оно может быть полезно и чем опасно.

Немного о железе

Железо, считающееся макроэлементом за его обширное присутствие в природе, занимает порядка 4,7% массы земной коры. Этот элемент обычно ассоциируется с высоким уровнем в гидросфере, особенно в районах, где наблюдается избыток влаги. Часто его можно обнаружить в водах, протекающих сквозь городские и пригородные территории Москвы и Московской области, где уровни железа зачастую превышают нормативы безопасности. Подобное явление характерно и для других населенных пунктов, раскинувшихся от центральной России до сибирских и дальневосточных регионов, подчеркивая широкое распространение железа в природных водах этих областей.

— Более трехсот минералов, включающих в себя компоненты железа, известны на данный момент. К их числу относятся, например, магнитный железняк FеО(ОН), бурый железняк Fе3О4*Н2О, гематит, также известный как красный железняк. Основным фактором попадания железосодержащих соединений в поверхностные водоемы являются процессы химического разложения горных пород, включающие в себя как их физическое разрушение, так и растворение. Эти процессы, происходящие при контакте с минеральными и органическими элементами, присутствующими в природных водах, способствуют формированию разнообразного ассортимента железистых соединений, которые могут находиться в водной среде в растворенной, взвешенной или коллоидной форме, — рассказывает главный специалист испытательной лаборатории Алтайского филиала ФГБУ «Центр оценки качества зерна» Марина Куимова.

Важным источником поступления железа в окружающую среду являются подземные воды и отходы, производимые различными отраслями, в том числе металлургией, текстильной индустрией, производством красок и лаков, а также сельским хозяйством.

Полезное влияние на организм

Важность железа для живых организмов, включая человека и растения, неоспорима, ведь это микроэлемент, незаменимый в небольших дозах для нормального функционирования. Он является компонентом крайне важных органических соединений, таких как кровяной гемоглобин и многочисленные ферменты, причем гемоглобин занимает около 70% от общего количества железа в теле. Его присутствие критично для образования крови, что подчеркивает его центральную роль в поддержании жизни.

Его значение так велико, что железо стало ключевым ингредиентом в составе многих поливитаминов, предназначенных для улучшения общего состояния здоровья. Источниками железа служат разнообразные продукты, в том числе говядина и различные фрукты и овощи, особенно те, что имеют красный цвет, например, яблоки и гранаты.

Если у беременных женщин обнаруживается дефицит гемоглобина, то им могут выписать железосодержащие средства для предотвращения анемии, вызванной падением уровня этого элемента в крови. При этом потребности в железе у людей различаются: взрослым мужчинам требуется около 10 мг в день, женщинам – 20 мг, детям – от 4 до 18 мг, в то время как беременным необходимо увеличить потребление до 30-35 мг.

Железо играет ключевые роли в теле человека: оно не только способствует кроветворению, но и влияет на здоровье кожи, волос, ногтей, помогает в функционировании щитовидной железы, способствует росту и развитию ребенка, а также укрепляет иммунную систему. Отсутствие достаточного количества железа может существенно нарушить эти процессы и спровоцировать развитие различных болезней.

Чем вредно железо в воде

Избыток железа в организме человека может стать причиной серьезных проблем, включая сердечные и онкологические заболевания, при этом потребление более 200 мг в день способно привести к тяжелым случаям отравления, а употребление от 3 до 35 граммов – к смертельному исходу. Железо, полезное для нашего здоровья, мы находим в разнообразных фруктах и овощах, которые любят как взрослые, так и дети. Однако, малоизвестно, что нежелательное для здоровья железо может попадать в наш организм через питьевую воду, которая не прошла должную очистку.

— Нормы содержания железа в воде строго регламентированы правилами СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», который устанавливает максимально допустимый уровень в 0,3 мг на литр, в то время как в европейских странах этот показатель еще строже и не должен превышать 0,1 мг на литр, — объясняет Марина Куимова.

Применение непрошедшей обработку от железа воды в готовке может привести к изменению цвета и ухудшению вкуса пищи, делая ее менее привлекательной. Визуальная прозрачность воды не исключает возможность ощущения нежелательного металлического послевкусия при употреблении блюд. Хотя однократное употребление такой воды обычно безвредно, постоянное питье загрязненной железом жидкости может спровоцировать проблемы со здоровьем, в частности, способствовать нарушению функций печени и дисбалансу в работе пищеварительной системы.

Недостаточное внимание к качеству воды может привести к различным негативным последствиям для здоровья, включая сложности с функционированием щитовидной железы и нарушения в сердечном ритме. Это также может усиливать чувство усталости, снижать остроту памяти, и увеличивать вероятность аллергических реакций в виде дерматита. Более того, существует возможность повышенного риска развития заболеваний онкологической природы.

Ржавая вода и быт

Водные ресурсы в естественной среде могут таить в себе железо, которое представлено в различных химических видах. Основными из них являются соединения железа, имеющие два и три электрона в валентной оболочке. Когда происходит подъем воды из подземных скважин, она кажется чистой и прозрачной. Однако достаточно лишь непродолжительного взаимодействия с кислородом в атмосфере, и этот первоначально ясный жидкий элемент начинает тускнеть и окрашивается в коричневые и красноватые оттенки.

— Такое превращение объясняется окислительными реакциями, где бивалентное железо преобразуется в труднорастворимые формы с трехвалентными связями, образуя осадок — ржавчину. Этот процесс негативно сказывается на качестве воды, так как содержание железа свыше 1-2 мг на литр делает вкус воды неприятным и слишком терпким, а вода становится неподходящей даже для бытовых нужд, не говоря уже о питьевых, — разъясняют в Алтайском филиале ФГБУ «Центр оценки качества зерна».

Обычно, «железистая» вода, обладающая желтоватым оттенком, появляется у потребителей не сразу. Начинается все с того, что изначально, после обработки в муниципальных очистных сооружениях, вода содержит лишь малые доли элемента, соответствующие здравоохранительным стандартам. Проблема возникает далее, когда эта вода передвигается по многокилометровым трубам распределительной сети, которые, из-за своего возраста, начинают ржаветь. В итоге, когда вода достигает потребителя, она уже насыщается продуктами коррозии, превращаясь в то, что мы видим из крана. Все дело в том, что старые водопроводные системы становятся причиной вторичного загрязнения воды.

Воду, обогащенную железистыми соединениями, нельзя назвать только визуально неэстетичной. Она способствует появлению ржавчины на керамике и вредит оборудованию водопровода. Еще одна проблема — это создание идеальных условий для роста железобактерий, что особенно актуально для подогретой воды.

Микроорганизмы эти создают разветвленные отложения, вызывая проблемы для инфраструктуры, связанной с водоснабжением. Их метаболические продукты представляют собой опасные канцерогены. Внутри водопроводных систем накопления железа становятся прекрасной площадкой для роста таких вредителей, как кишечная палочка и микробы, вызывающие гниение. Это серьезно снижает качество воды как с химической, так и с бактериологической точки зрения.

Многие пренебрегают обработкой воды на предмет содержания железа, что неизбежно ведёт к проблемам с бытовой техникой. Помимо эстетических неудобств, таких как пятна на тканях и обесцвечивание стиранного белья, вызванные концентрацией железа даже в количестве 0,3–0,4 мг/л, железо может способствовать разрушению внутренних компонентов. Результатом его воздействия являются ржавчина и отложения на водопроводных трубах и кранах, а также ускоренный износ нагревательных устройств, что ведет к их неожиданным поломкам.

По тем же причинам исследуют на концентрацию железа и грунтовые воды при строительстве — чтобы избежать ускоренных коррозий конструкций и не допустить размножения патогенной микрофлоры в зоне стройки. Исследования в этой области проводятся в соответствии с нормами СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».

В 2024 году специалисты испытательной лаборатории Алтайского филиала ФГБУ «Центр оценки качества зерна» провели более 700 исследований проб грунтовых и речных вод, взятых на территории Алтайского края. Превышение допустимой концентрации железа было установлено в двух пробах.

Как избавиться от лишнего железа в воде

Для очистки подземных вод от двухвалентного железа можно применить процесс аэрации, который трансформирует двууглекислое железо, теряющее углекислоту в процессе гидролиза. В результате этого с кислородом реагирует гидрат закиси железа Fe(OH)2, образуя коллоидную гидроокись железа Fe(OH)3. Дальнейшая коагуляция приводит к образованию окиси железа Fe2O3*3H2O в форме бурых хлопьев. Это делает необходимым очищение воды через контактные емкости и фильтры после процедуры аэрации.

В случае наличия в воде сернокислого железа FeSO4 процесс аэрации не приведет к обезжелезиванию, потому что гидролиз растворенной железосодержащей соли производит угольную кислоту, снижая pH воды ниже 6.8. При таких условиях гидролиз практически останавливается.

Для эффективного удаления железа из воды, которое необходимо, если его уровень превышает 0,3 мг на литр, важно провести тестирование и определить наиболее экономически выгодный метод очистки для конкретного случая. В сценариях, когда сернокислое железо невозможно устранить в процессе прохождения через другие очистные установки, требуются специализированные подходы. Один из эффективных способов очищения воды от углекислого газа – это предварительное добавление извести в воду, что требует дальнейшего осаждения и фильтрации для достижения желаемой степени очистки.

Чтобы определить, какой метод удаления железа из воды подходит вам лучше всего, важно знать, в какой форме оно содержится в вашей воде. Советуем проконсультироваться с аналитиками и экспертами в области водоподготовки для адекватной оценки ситуации.