В таблице 1 приведены данные по содержанию железа в воде групповых водозаборов по областям и основным водоносным горизонтам Беларуси [9].

Таблица 1. Содержание железа в подземных водах Беларуси по административным областям и основным эксплуатируемым горизонтам.

2. Действие избыточного количества железа на организм человека

Железо – давно известное средство от малокровия. Этот элемент является важнейшим компонентом гемоглобина – вещества крови, переносящего кислород ко всем клеткам тела. Однако как питательное вещество железо является палкой о двух концах. Слишком много полезного может быть очень вредным. Эти слова с полным правом можно сказать о железе: попав в организм, оно оказывается в «безвыходном» положении. Основная часть железа не выводится и не расходуется, а используется организмом повторно. С мочой, потом, отмершими клетками кожи выводится лишь незначительное количество железа. Теряется железо и при некоторых болезнях, в основном за счет кровотечений.

При хронической перегрузке организма железом происходит его отложение в тканях, которое носит очаговый или генерализованный характер (гемосидероз). Если общее содержание железа в организме превышает 15 г, то поражаются внутренние органы. Такое состояние называется гемохроматозом.

Избыток железа в воде вносит свой вклад в развитие многих заболеваний. Этот элемент способен накапливаться до токсической концентрации в органах и тканях, включая суставы, печень, эндокринные железы и сердце. Железо может создавать питательную среду для роста вредных микроорганизмов и клеток злокачественных опухолей, а также дополнительно стимулировать канцерогенное действие свободных радикалов. Высокие концентрации железа обнаруживаются в мозге людей, страдающих болезнью Паркинсона. Избыток железа нарушает функцию центральной нервной системы, усугубляя психические расстройства [1].

Слишком большое количество железа в организме пожилых мужчин и женщин способствует накоплению свободных радикалов, может ускорить развитие общего старения. Поэтому взрослым мужчинам и женщинам после наступления у них климакса препараты железа следует принимать крайне осторожно, только при наличии соответствующих показаний. Железо стимулирует окисление «плохого» холестерина (ЛПНП), что обусловливает прогрессирование атеросклероза, и вторично – ишемической болезни сердца. Гемохроматоз обычно развивается в среднем и старшем возрасте. При этом заболевании возникает бронзовая окраска кожи, развивается цирроз печени, сахарный диабет, поражается сердце. Последнее проявляется кардиомегалией, сердечной недостаточностью, аритмией, нарушением проводимости. Часто отмечаются гормональные нарушения – гипофизарная недостаточность, атрофия яичек с утратой либидо. Могут возникнуть боли в животе, артриты и хондрокальциноз [3].

Непонимание важности проблемы передозировки железа и связанной с ней необходимости обезжелезивания воды приводит к появлению в СМИ публикаций, вводящих в заблуждение широкие слои населения. Например, в статье Е. Моисеевой [12] рекламируется польза «железной» воды и рекомендуется постоянно употреблять ее без какой-либо очистки. Вряд ли население ощутит пользу от использования воды с избыточным содержанием железа, а вред здоровью от постоянного употребления такой воды может быть очень большим.

3. Формы существования железа в железосодержащих природных водах

Исходным материалом для образования и накопления железа в природных водах являются водовмещающие породы и породы, с которыми вода контактирует в процессе своей миграции. К их числу относятся песчано-гравийные и глинистые материалы, содержащие большое количество железистых соединений. Выявление форм содержания железа в воде является очень важной задачей, разрешение которой позволит предопределить метод его удаления.

Железо в природных водах может находиться в виде двух- и трехвалентных ионов, коллоидов органического и неорганического происхождения, таких как Fe(OH)3, FeS, Fe(OH)2, комплексных соединений с гуматами и фульвокислотами, а также в виде тонкодисперсной взвеси.

Коллоидная гидроокись железа образуется при рН выше 3, а осадок – при рН выше 4,5 (как правило, в окислительной среде). В природных водах значение рН обычно колеблется в пределах 6,2-7,5, поэтому в них не может содержаться трехвалентное железо, но может присутствовать (например, в подземных водах при отсутствии растворенного в воде кислорода и других окислителей) двухвалентное железо в виде ионов или в составе солей. В поверхностных водах железо обычно встречается в виде органических комплексных соединений, либо коллоидных или тонкодисперсных взвесей [13].

Формы, в которых железо находится в природных водах, в настоящее время недостаточно изучены. Однако, очевидно, что преобладающей формой существования железа в подземных водах является гидрокарбонат двухвалентного железа, который устойчив только при наличии больших количеств углекислоты и отсутствии растворенного кислорода. При уменьшении концентрации углекислоты, т.е. при повышении рН и появлении в воде растворенного кислорода или других окислителей, происходит процесс гидролиза, и железо переходит в малорастворимый гидроксид двухвалентного железа:

Fe2+ + 2HCO3- + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H2CO3 (1)

При этом образуется ряд промежуточных соединений, и в воде одновременно присутствуют как недиссоциированные молекулы, так и ионы: Fe(HCO3)2, Fe(OH)2, Fe2+, Fe(OH)+. Далее происходит окисление по уравнению: