Биологическая роль марганца

Функции марганца в организме человека главным образом обусловлены тем, что элемент входит в структуру ферментов, катализирующих определенные биохимические реакции:

• Составляет активные центры ферментов печени, которые отвечают за обезвреживание и выведение некоторых токсичных продуктов обмена веществ из организма • Входит в состав ферментов, отвечающих за дыхание тканей • Является составной частью веществ, регулирующих образование элементов соединительной ткани, поддерживает эластичность хрящей и плотность костей • Участвует в выработке инкрета поджелудочной железы (синтезе ее гормонов) • Повышает работоспособность нервной системы, улучшает передачу сигналов в белом веществе • Обеспечивает работу мышц • Принимает участие в процессах выработки и расходования энергии в организме • Способствует полноценному белковому обмену • Оказывает защитное воздействие на печень • Уменьшает содержание глюкозы в крови, улучшая ее усвоение тканями • Косвенно участвует в процессах свертывания крови • Повышает функциональную активность щитовидной железы • Если одновременно с адекватными дозировками марганца организм получает достаточно меди и цинка, то у него лучше проявляются антиоксидантные свойства. В этом качестве элемент оказывает общеоздоровительное и омолаживающее действие. • Благоприятно влияет на всасывание витаминов группы В, , и усиливает их позитивные эффекты в организме.

Как проходит очистка воды от марганца

Для начала специалисты проводят анализ воды на концентрацию марганца, и только после этого выбирают наиболее подходящий способ ее очистки.

Марганец в земных породах чаще всего находится в виде соли, которая хорошо растворяется в воде. Следовательно, чтобы очистить воду от марганца, нужно сделать так, чтобы этот элемент перестал быть растворимым. Тут на помощь приходит химия. Двухвалентный марганец преобразуют в трех- или четырехвалентный с помощью окисления. Гидроксиды марганца с валентностью 2 и 3 в воде почти не растворяются.

Есть несколько методов окисления марганца:

1. С помощью сильных окислителей, которые увеличивают окислительно-восстановительный потенциал среды. При этом значении рН воды не регулируется.
2. Используют слабые окислители с одновременным повышением значения рН воды.
3. Повышают значение рН воды, используя вместе с этим сильные окислители.

Двухвалентный марганец превращается в четырехвалентный гидроксид марганца и оседает на фильтрах. Кроме того, он сам превращается в катализатор, который ускоряет процесс окисления оставшегося в воде двухвалентного марганца при помощи растворенного кислорода.

Читайте материал по теме: Система обратного осмоса: как выбрать и установить

Признаки нехватки марганца

Недостаток минерала возникает достаточно редко, и дополнительное применение марганца многим людям не обязательно. Тем не менее, если у человека возникают нарушения со стороны поджелудочной, щитовидной, половых желез, то ему стоит задуматься о восстановлении нормального содержания марганца в организме.

Также с недостатком элемента могут быть связаны малокровие, склонность к переломам, задержка роста и развития у детей. У взрослых хроническим дефицитом минерала обусловлено ускоренное старение, учащение заболеваемости, повышенный риск развития аллергий и даже, вероятно, онкологических заболеваний.

Вред от избыточного употребления и отравление марганцем

Пока еще ни одно исследование не показало вредоносность чрезмерного получения марганца из еды при адекватном рационе питания. Однако у занимающихся сварочными работами или работающих в горнодобывающей промышленности, могут наблюдаться нижеприведенные симптомы от чрезмерного вдыхания марганцевой пыли. Люди, которые пьют воду с высоким содержанием этого элемента (более 28 мг/л) также подвержену риску отравления.

Токсичность марганца в основном проявляется в центральной нервной системе и может вызывать дрожь, мышечные спазмы, шум в ушах, ухудшение слуха и проблемы с равновесием, ухудшение скорости реакции и координации движений. Также могут наблюдаться дополнительные психо-эмоциональные симптомы: мания, бессонница, депрессия, бред, анорексия, мигрень, повышенная раздражительность, переменчивость настроения. Если ничего с этим не сделать, то симптомы могут прогрессировать до серьезных нейромоторных нарушений, похожих на болезнь Паркинсона. В особенности сильно может усилиться дрожь, нарушение походки и равновесия.

Дефицит железа увеличивает усвоение марганца и, следовательно, может усугубить риск отравления марганцем. Люди с хроническим заболеванием печени страдают от нарушения выведения марганца с желчью и более восприимчивы к нейротоксичности марганца и другим неблагоприятным последствиям передозировки.

Признаки избытка марганца

В настоящее время избыточное содержание марганца в организме встречается редко. Раньше оно наблюдалось чаще и выявлялось у рабочих на добыче руд, а также у работников предприятий, чья деятельность была связана с использованием содержащих марганец соединений. При отсутствии должной защиты (технике безопасности не всегда уделялось достаточно внимания) у людей развивались тяжелые нарушения со стороны здоровья. К примеру, встречался марганцевый рахит — ломкость и размягчение костей из-за нарушения их структуры.

Избыток марганца в организме также способен привести к симптомам, напоминающим отравление солями тяжелых металлов. Труженикам ряда предприятий, а также сварщикам (сварочный аэрозоль содержит много марганца) стоит быть очень осторожными!

Во избежание избытка минерала не стоит проводить применение марганца в дозах выше 11 мг в сутки. Токсическая доза составляет 40 мг в день.

Рекомендованная норма потребления марганца

Cуточная потребность 97–98% взрослых здоровых людей в марганце составляет 2,3 мг для мужчин и 1,8 мг для женщин.
Дневные нормы для разных возрастов

Методы удаления марганца из воды

Аэрация марганца

Этот способ весьма доступный, а потому и наиболее распространенный. Проводится серьезная аэрация марганца, затем – фильтрация. Сначала из воды под вакуумом выделяют свободную углекислоту, что повышает степень показателя pH до 8,0–8,5 единиц. После этого наступает очередь работы фильтра. В качестве него используется зернистый наполнитель, например, кварцевый песок.

Однако данный метод подходит не для всех случаев. Его не применяют, если перманганатная окисляемость воды больше 9,5 мгО2/л. Для использования этого способа требуется наличие в воде двухвалентного железа, которое при окислении превращается в гидроксид железа. Он, в свою очередь, впитывает в себя двухвалентный марганец и окисляет его. Еще условие: соблюдение строгого соотношения между марганцем и двухвалентным железом – семь к одному. Впрочем, последний пункт можно искусственно подправить, добавив в воду железный купорос.

Каталитическое окисление

Гидроксид четырехвалентного марганца (образовавшийся на поверхности фильтра с помощью дозирующего насоса) окисляет двухвалентный оксид марганца. Полученный после этого трехвалентный оксид с помощью растворенного кислорода окисляется до нерастворимого в воде состояния.

Деманганация перманганатом калия

Можно использовать для очистки и подземных, и наружных вод. Перманганат калия окисляет растворенный в воде марганец, превращая его в оксид, который растворяется в воде гораздо хуже. Оксид марганца, в свою очередь, хороший катализатор для растворения двухвалентного марганца. Чтобы избавиться от 1 мг последнего, нужно 1,92 мг перманганата калия. При таком соотношении 97 процентов двухвалентного марганца окислятся.

После этого воду надо профильтровать с помощью специального коагулянта, затем дополнительно используется песчаный наполнитель. Иногда задействуют и ультрафильтрующее оборудование.

Введение реагентов-окислителей

Для окисления марганца в воде используют разные реагенты. Но в основном это хлор, его диоксид, гипохлорит натрия и озон. Здесь очень важно учитывать уровень рН воды. Если в воду с показателем pH не меньше 8,0–8,5 добавить хлор, то хорошего эффекта придется дожидаться примерно час-полтора. Такое же время действует и гипохлорит натрия. Часто обрабатываемую воду нужно подщелачивать. Это делается в тех случаях, когда в качестве окислителя выступает кислород и показатель pH воды не достигает 7 единиц.

Расчеты показывают, что для превращения двухвалентного марганца в четырехвалентный, на один мг марганца нужно брать 1,3 мг вещества-реагента. Но это в голой теории, на практике окислителя обычно требуется гораздо больше.

Диоксид хлора или озон при обработке ими воды действуют гораздо быстрее – всего около четверти часа. Правда, только в том случае, если показатель pH воды составляет 6,5–7,0 единиц. По расчетам стехиометрии, на 1 мг двухвалентного марганца уйдет 1,35 мг диоксида хлора или 1,45 мг озона. Но опять же озона потребуется больше, нежели в теоретических выкладках. Происходит так потому, что в процессе озонирования оксиды марганца озон разлагают.

Вообще, причин, по которым реагентов требуется больше, чем указано в расчетах, несколько. На процесс окисления марганца в воде влияет множество факторов. Например, это уровень pH воды, наличие в ней органики, время действия используемых реагентов. Очень многое зависит от оборудования, которое применяется для процесса. Практика показывает, что перманганата калия обычно нужно брать в 1–6 раз больше, озона – в 1,5–5 раз, а оксида хлора и вовсе может потребоваться в 1,5–10-кратном размере.

Ионный обмен

Ионный обмен подразумевает водород- или натрий-катионирование воды. Чтобы эффективно удалить растворенные в воде соли марганца, ее нужно обработать в двух слоях ионообменного материала. Для этого применяются две смолы: катионообменная с ионами водорода H+ и анионообменная с ионами гидроксила OH-. Используются они одновременно и последовательно. Такая смесь смол заменяет растворимые в воде соли на ионы гидроксида OH- и водорода H+. При объединении этих ионов получаются самые обычные молекулы воды без наличия в них соли.

На данный момент такой способ избавления воды от примесей марганца и железа является наиболее многообещающим. Главное в нем – правильно подобрать комбинацию ионообменных смол.

Дистилляция

В основе этого способа – превращение воды в пар с последующей его концентрацией. Всем давно известно, что температура кипения воды – 100 °С. Но это не значит, что у других веществ она будет такой же. На разнице температур кипения и основан данный метод очистки воды от марганца. Чистая вода закипает первой и превращается в пар. Другие элементы испаряются только после выкипания большей части воды. Таким образом, получаем чистую, без примесей, воду. Технология несложная и всем понятная, но весьма энергозатратная.

Фильтры для очистки воды от марганца

Фильтры в данном случае подобрать не так уж и просто. Тут следует действовать по системе. Во-первых, определить состав воды, которую нужно очистить от марганца. Во-вторых, обозначить минимальные требования к качеству воды после ее фильтрации. В-третьих, при выборе системы очистки нужно обратить внимание на следующие моменты:

• Каково содержание железа и марганца в воде;
• На уровень pH воды;
• На количество в воде кислорода или углекислого газа;
• Есть ли в воде аммиак или сероводород;
• Также важны характеристики водопровода: его производительность и напор воды.

После этого можно приступать к выбору фильтрующего материала для очищения воды от марганца. Есть несколько из них, которые пользуются наибольшей популярностью.

СУПЕРФЕРОКС

Фильтрующий материал СУПЕРФЕРОКС – предназначенный для удаления растворенных в воде ионов железа и марганца, а также снижения мутности и цветности воды. Основой фильтрующей среды является прочный природный материал «розовый песок» с нанесенной на его поверхность каталитической пленкой, состоящей из высших оксидов марганца. Действие СУПЕРФЕРОКС основано на 2 принципах: сорбционного (за счет пористой структуры материала) и каталитического окисления. При фильтрации воды, находящиеся в каталитической пленке оксиды марганца, ускоряют процесс окисления двухвалентного железа до трехвалентного с образованием соответствующего гидроксида. За счет пористости структуры материала образование гидроксида трехвалентного железа происходит как на поверхности зерен СУПЕРФЕРОКС, так и внутри его пор, что приводит к увеличению грязеемкости и ускорению процесса обезжелезивания воды. Образовавшийся гидроксид железа способен каталитически окислять двухвалентный марганец с образованием практически нерастворимых гидроксидов Мn(ОН)3 и Мn(ОН)4. По исчерпанию ресурса фильтра, для восстановления свойств фильтрующей среды необходимо произвести регенерацию установки обратным потоком исходной или очищенной воды (эффективнее водо-воздушной смесью).

Ferosoft B

Многокомпонентная ионообменная загрузка FeroSoft создана для комплексного решения задач в системах водоподготовки. Данная загрузка состоит из нескольких ионообменных смол разного гранулометрического состава позволяющих эффективно удалять из исходной воды соли жесткости (Ca2+ и Mg2+), примеси железа (Fe3+ и Fe2+), марганец (Mn2+), органические соединения. Загрузка разработана для решения наиболее типичных проблем с питьевой водой, максимально подходит для использования в системах водоподготовки загородных домов и коттеджей.

Читайте материал по теме: Как выбрать фильтр для воды в квартиру и частный дом