Фтор в воде

Фториды являются одной из характерных примесей грунтовых и подземных вод, а сам фтор - очень важным компонентом, который при невысоких концентрациях способен предупреждать кариес, а при повышенных концентрациях накапливается в организме и вызывает заболевание костей, которое называют флюорозом.

Фтор как химический элемент относится к группе галогенов, то есть стоит в ряду с хлором, бромом и йодом. В форме чистого вещества представляет собой газ бледно-желтого цвета, который можно наблюдать только в лабораторных условиях, так как фтор является самым активным неметаллическим элементом и взаимодействует практически со всеми веществами, причем преимущественно с сильным выделением теплоты, сопровождающимся взрывом. Этим объясняется то, что в объектах окружающей среды он содержится в форме солей — фторидов.

Сколько фтора должно быть в воде?

Предельно допустимая концентрация — ПДК фторидов в воде нормируется согласно ГСанПиН 2.2.4-171-10 «Гигиенические требования к воде питьевой, предназначенной для потребления человеком» (этот стандарт соответствует и Европейскому).

• Норма содержания фтора в воде для теплых регионов (Одессы, Крыма, Закарпатья) — 0,7 мг/л.
• Для умеренного климата остальных регионов — 1,2 - 1,5 мг/л.

Разница в концентрациях обоснована тем, что в жарком климате люди потребляют больше жидкости, и, соответственно, в их организм поступает больше фторидов.

Карта содержания фтора в воде

По территориальному признаку воды Украины можно разделить на четыре группы:

1. Вода с крайне низким содержанием фтора (менее 0,3 мг/л) в Закарпатской, Ивано-Франковской, Тернопольской, Львовской, Ровенской и Волынской областях.
2. Пониженное (0,3 - 0,6 мг/л) содержание фтора в питьевой воде наблюдается в Винницкой, Хмельницкой, Житомирской, Киевской, а также Одесской, Запорожской, Николаевской областях и Крыму.
3. Оптимальное содержание (0,6 - 1,5 мг/л) - в Черниговской, Сумской, Харьковской, а также Луганской областях.
4. Регионы с высоким содержанием фтора в воде (> 1,5 мг/л) - это Днепропетровская, Полтавская, Кировоградская и Донецкая области.

Откуда берется фтор в воде?

Соединения фтора есть во всех природных водоисточниках. Например, морские воды содержат в среднем 1 мг/л, речные — менее 0,5 мг/л, самые большие концентрации в подземных водах — до 30 мг/л (тут концентрация фтора будет определяться породами, из которых состоят водоносные горизонты).

Фториды содержатся в широком перечне минералов, в том числе плавикового шпата, каменных фосфатов, криолита, апатита, слюды и пр. CaF₂ является одним из минералов имеющих низкую растворимость, ограниченную 40мг/л.

Фториды содержатся как в осадочных, так и в магматических породах. На практике их повышение характерно для мест:

• осаждения морских водорослей в предгорьях гор;
• вулканической активности;
• распространения гранитных и гнейсовых пород.

Согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения норма фтора в питьевой воде - 0,8 - 1 мг/дм3.

В некоторых странах фтор вносят в водопроводы специально, для обеспечения защиты от кариеса. США были первой страной, которая начала специально фторировать воду для профилактики болезней зубов у детей.

Сегодня фторирование воды происходит в ряде стран: США, Аргентина, Австралия, Бразилия, Канада, Чили, Колумбия, Гонконг, Ирландия, Израиль, Корея, Малайзия, Новая Зеландия, Филиппины, Сербия, Сингапур, Испания, Великобритания и Вьетнам.

Также в мире примерно 40 миллионами людей ежедневно используется природно фторированная вода.

Если количество фтора в воде повышено, то требуется его удаление.

Как фторируют воду?

Самыми распространенными реагентами для фторирования являются:

• Фторид натрия (NaF) - представляет собой белый порошок или кристаллы, не имеющие запаха.
• Гексафторкремниевая кислота (H₂SiF₆) - реагент в жидкой форме, побочный продукт производств удобрений. Ее недостатком является повышенная стоимость транспортировки за счет высокого содержания воды
• Фторсиликат натрия (Na₂SiF₆) — также порошок или кристаллы, менее токсичен для персонала станций водоподготовки, чем фторид натрия, но более выгоден при транспортировке, чем фторкремниевая кислота. Бутилированная вода с фтором обычно содержит именно это вещество.

Вреден ли фтор в питьевой воде?

Выше мы уже писали, что в зависимости от содержания фториды могут быть как вредными, так и полезными.

Вода с избытком фтора приводит к заболеванию, которое называют флюорозом. Его механизм состоит в том, что чрезмерные количества фтора вытесняют из костной ткани и зубов кальций.

Первичными являются проявления зубного флюороза, они сопровождаются пигментацией и эрозией зубной ткани, после шести лет у детей снижается вероятность флюороза зубов.

Следующим этапом после поражения зубов является поражение скелета. В течении длительного времени фтор накапливается в костной ткани. Первичными признаками является ограничение подвижности и ломота в суставах. В случае тяжелых поражений происходят изменения костной структуры, кальцификация связок, которые вызывают поражение мышц и боли.

Что касается острых воздействий фтора, то одноразовый прием дозы в 20 мг может вызвать тошноту или рвоту, а доза выше 40 мг на килограмм человеческого веса может привести к летальному исходу. И это при том, что только 50% людей ощущают вкусовые отличия воды при концентрации в ней фтора в количестве 100 мг/л.

Что же касается профилактики кариеса, то концентрация в 1 мг/л показывает высокую эффективность, и при этом совершенно не влияет на структуру костей, хотя может вызывать легкую пигментацию зубов, что доказывается многолетними исследованиями в странах, которые практикуют фторирование воды.

Принцип действия фтора на зубы

Причиной возникновения кариеса является размножение в зубном налете бактерий, в частности Streptococcus mutans и Lactobacillus. В процессе жизнедеятельности они поглощают углеводы и производят органические кислоты. Особо активно их жизнедеятельность происходит при большом потреблении сахаров.

Фторид оказывает основное влияние, нарушая механизм деминерализации кариеса. Когда pH снижается ниже 5,5, кислоты растворяют гидроксиапатит, который является базовым компонентом зубной эмали. Этот процесс является деминерализацией. Когда человек не потребляет сахара, происходит восстановление или реминерализация зубной эмали. Поражение зуба возникает, когда скорость реминерализации ниже скорости деминерализации.

Фториды способны образовывать фторапатиты, которые более устойчивы к кислой среде, и, соответственно, защищают зуб он разрушения, пока происходит реминерализация.

В таблицах ниже наводятся содержания фтора в ежедневно потребляемой воде и его последствия.

Фтор и Кариес

Флюороз зубов vs Кариес

В процентах отображена вероятность возникновения кариеса при увеличении дозы фтора в воде. 

Воздействие фтора на скелет

При содержании фтора в воде в 1-2 мг/л уменьшаются случаи окостенения у детей и остеопороза у пожилых людей. Но уже при регулярном употреблении воды содержащей 2,5 - 6,0 мг/л фторидов обнаруживается начальная степень остеосклероза у отдельных лиц, а при концентрации 8 мг/л наблюдается выраженный остеосклероз в легкой форме у 10-15% населения, а также развитие тяжелой формы в течении 20-30 лет. При концентрации 10-20 мг/л наблюдается тяжелый остеосклероз через 10-15 лет, а у детей задержки роста. При регулярном потреблении воды с содержанием фтора более 20 мг/л тяжелый флюороз будет наблюдаться уже через 10-15 лет.

При высшей концентрации будет вызываться острый флюороз уже через 10-15 лет.

Как видите оптимальное содержание фтора в воде уже определено. И превышение его ПДК приносит намного больше негативных последствий, чем недостаток.

Как происходит дефторирование воды?

Дефторирование является довольно дорогостоящим процессом, стоит отметить, что даже более дорогим, чем фторирование, поэтому поиск безопасного источника воды всегда предпочтительнее очистке.

К традиционным методам относятся:

1. Сорбция на костном угле, активированных глиноземах и глинах (минералы магнезит, клиноптилолит, вермикулит, цеолит, диатомит, каолинит и пр.) является достаточно эффективным методом. Процессы обычно производятся в колоннах в постоянном или периодическом режиме. Принцип работы данных веществ основан на ионном обмене, когда ионы OH-, содержащиеся в составе данных соединений, обмениваются с ионами F^-. Эти материалы обычно требуют увеличения сорбционных свойств путем активации (обработки кислотами, высушивания, обжига и пр.). Применение их обосновано, когда в регионе, где нужно производить дефторирование воды, присутствуют залежи подобных минералов.

2. Контактное осаждение предусматривает под собой добавление соединений кальция, магния, фосфатов, железа, алюминия и пр. Осаждение фторидов происходит либо путем образования малорастворимых в воде соединений, которые под воздействием силы притяжения образуют осадок (например, фториды кальция и магния), либо путем коагуляции ионов фтора на поверхности определенных частиц-коагулянтов (гидроксиды железа и алюминия).

Nalgonda - метод коагуляции, который получил широкое распространение в Индии для обесфторивания вод с содержанием фторидов до 30 мг/дм3. В данной технологии жидкость контактирует с коагулянтами (соли алюминия или железа), известью или содой и белильной известью (для повышения pH). После этого вода отстаивается 2-4 часа и фильтруется через песчаные фильтры. Помимо снижения количества фтора такой процесс обеспечивает снижение мутности, цветности и содержания токсикантов органической природы.

3. Обратный осмос

Это технология, которая обеспечивает полноценное удаление фторидов. При этом не образовывает больших объёмов токсичных осадков и не предусматривает крупногабаритного оборудования.

Обратный осмос может использоваться, как в системах типа POU, которые устанавливаются непосредственно у вас дома под мойкой, так и на системах централизованной водоподготовки.

Мембранный фильтр будет неплохим решением, если анализ воды на фториды показывает повышение нормативных значений, поскольку это оптимальный вариант очистить воду от фтора в домашних условиях.

Самыми распространёнными методами является очистка на активированных глиноземах и обратный осмос.

Обеззараживание воды фтором

Также часто задают вопрос про обеззараживание воды фтором, этот газ или соединения элементного фтора не используются для дезинфекции воды. Обусловлено это тем, что газообразный фтор вызывает взрывы и практически не используется в газообразной форме, а фториды не имеют дезинфицирующих свойств.

Выводы

1. В целом критической проблемы повышенного содержания фтора в воде на территории Украины нет. Что касается восточных регионов, то фтор в водопроводной воде будет частично удаляться существующими технологиями коагуляции.
2. Фторирование воды в регионах с низким содержанием фторидов рекомендовано, но оно несет определенные затраты, поэтому не производится. Заменителями такой воды могут быть зубная паста и фторированная соль.
3. Обратный осмос является оптимальным решением для обесфторивания воды, как дома, так и на станциях централизованной водоподготовки.