Фтор у воді

Фториди є однією з характерних домішок грунтових і підземних вод, а сам фтор є дуже важливим компонентом, який при низьких концентраціях здатний запобігати карієсу, а при підвищених — накопичується в організмі та призводить до захворювання кісток, яке називають флюорозом.

Фтор як хімічний елемент відноситься до групи галогенів, тобто стоїть у ряді з хлором, бромом і йодом. У формі чистої речовини являє собою газ блідо-жовтого кольору, який можна спостерігати тільки в лабораторних умовах, оскільки фтор є найактивнішим неметалічним елементом і взаємодіє практично з усіма речовинами, причому переважно з сильним виділенням теплоти, що супроводжується вибухом. Цим пояснюється те, що в об'єктах навколишнього середовища він міститься лише в формі солей — фторидів.

Скільки фтору повинно бути у воді?

Гранично допустима концентрація (ГДК) фторидів у воді нормується згідно ДСанПіН 2.2.4-171-10 «Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною» (цей стандарт відповідає і Європейському).

• Норма вмісту фтору у воді для теплих регіонів (Одеси, Криму, Закарпаття) — 0,7 мг/л.
• Для помірного клімату інших регіонів — 1,2 - 1,5 мг/л.

Різниця в концентраціях обгрунтована тим, що в жаркому кліматі люди споживають більше рідини, відповідно, в їх організм надходить більше фторидів.

Карта вмісту фтору у воді

За територіальною ознакою води України можна розділити на чотири групи:

1. Вода з вкрай низьким вмістом фтору (менше ніж 0,3 мг/л) у Закарпатській, Івано-Франківській, Тернопільській, Львівській, Рівненській та Волинській областях.
2. Знижений (0,3 - 0,6 мг/л) вміст фтору в питній воді спостерігається у Вінницькій, Хмельницькій, Житомирській, Київській, а також Одеській, Запорізькій, Миколаївській областях і Криму.
3. Оптимальний вміст (0,6 - 1,5 мг/л) - в Чернігівській, Сумській, Харківській, а також Луганській областях.
4. Регіони з високим вмістом фтору у воді (1,5 - 3,0 мг/л) - це Дніпропетровська, Полтавська, Кіровоградська та Донецька області.

Звідки береться фтор у воді?

Сполуки фтору є у всіх природних джерелах води. Наприклад, морські води містять в середньому 1 мг/л, річкові — менше ніж 0,5 мг/л, найбільші концентрації в підземних — до 30 мг/л (тут концентрація фтору буде визначатися породами, з яких складаються водоносні горизонти).

Фториди містяться в широкому переліку мінералів, в тому числі плавиковому шпаті, кам'яних фосфатах, кріоліті, апатитах, слюді та ін. CaF₂ є одним з мінералів, що мають низьку розчинність, обмежену 40мг/л.

Фториди містяться як в осадових, так і в магматичних породах. На практиці їх підвищення характерне для місць:

• осадження морських водоростей в передгір'ях гір;
• вулканічної активності;
• поширення гранітних і гнейсових порід.

Відповідно до рекомендацій Всесвітньої організації охорони здоров'я норма фтору в питній воді - 0,8 - 1 мг/л.

У деяких країнах фтор додають у водопроводи навмисно для забезпечення захисту від карієсу. США були першою країною, яка почала спеціально фторувати воду для профілактики хвороб зубів у дітей та дорослих.

Сьогодні фторування води відбувається в ряді країн: США, Аргентина, Австралія, Бразилія, Канада, Чилі, Колумбія, Гонконг, Ірландія, Ізраїль, Корея, Малайзія, Нова Зеландія, Філіппіни, Сербія, Сінгапур, Іспанія, Великобританія і В'єтнам.

Також в світі приблизно 40-ка мільйонами людей щодня використовується природно фторована вода.

Якщо кількість фтору у воді підвищена, необхідне його видалення.

Як фторують воду?

Найпоширенішими реагентами для фторування є:

• Фторид натрію(NaF) - являє собою білий порошок або кристали, що не мають запаху.
• Гексафторкремниєва кислота (H₂SiF₆) - реагент в рідкій формі, побічний продукт виробництва добрив. Її недоліком є підвищена вартість транспортування внаслідок високого вмісту води.
• Фторсилікат натрію (Na₂SiF₆) — також порошок або кристали, менш токсичний для персоналу станцій водопідготовки, ніж фторид натрію та вигідніший при транспортуванні, ніж фторкремнієва кислота. Бутильована вода з фтором зазвичай містить саме цю речовину.

Чи шкідливий фтор в питній воді?

Вище ми вже писали, що в залежності від вмісту фториди можуть бути як шкідливими, так і корисними.

Вода з надлишком фтору призводить до захворювання, яке називають флюорозом. Його механізм полягає в тому, що надмірні кількості фтору витісняють з кісткової тканини та зубів кальцій.

Визначальними є прояви зубного флюорозу, вони супроводжуються пігментацією та ерозією зубної тканини, після шести років у дітей знижується ймовірність флюорозу зубів.

Наступним етапом після пошкодження зубів є ураження скелета. Протягом тривалого часу фтор накопичується в кістковій тканині. Первинними ознаками є обмеження рухливості та ломота в суглобах. У разі важких уражень відбуваються зміни кісткової структури, кальцифікація зв'язок, які викликають ураження м'язів і гострі болі.

Що стосується гострих впливів фтору, одноразовий його прийом дози в 20 мг може викликати нудоту або блювання, а доза вище 40 мг на кілограм людського ваги може привести до летального результату. І це при тому, що лише 50% людей відчувають смакові відмінності води при концентрації в ній фтору - 100 мг/л.

Що ж стосується профілактики карієсу, то концентрація в 1 мг/л показує високу ефективність, і при цьому абсолютно не впливає на структуру кісток, хоча може викликати легку пігментацію зубів, що підтверджується багаторічними дослідженнями в країнах, які практикують фторування води.

Принцип дії фтору на зуби

Причиною виникнення карієсу є розмноження в зубному нальоті бактерій, зокрема Streptococcus mutans і Lactobacillus. У процесі життєдіяльності вони поглинають вуглеводи та продукують органічні кислоти. Особливо активно їх життєдіяльність відбувається при великому споживанні цукру.

Фториди діють, порушуючи механізм демінералізації карієсу. Коли pH знижується нижче 5,5, кислоти розчиняють гідроксиапатит, який є базовим компонентом зубної емалі. Цей процес є демінералізацією. Коли людина не споживає цукру, відбувається відновлення або ремінерализація зубної емалі. Враження зуба виникає, коли швидкість ремінерализації нижча за швидкість демінералізації.

Фториди здатні утворювати фторапатити, які більш стійкі до кислого середовища і, відповідно, захищають зуб від руйнування, поки відбувається ремінерализація.

У таблицях нижче наводиться вміст фтору в щодня споживаній воді та його наслідки.

Флюороз зубів vs Карієс

Відсотки визначають рівень ризику розвитку флюорозу та карієсу при визначених концентраціях фтору у воді.

Вплив фтору на скелет

При вмісті фтору у воді в 1-2 мг/л зменшуються випадки окостеніння у дітей та остеопорозу у літніх людей. Але вже при регулярному вживанні води містить 2,5 - 6,0 мг/л фторидів виявляється початкова ступінь остеосклерозу в окремих осіб, а при концентрації 8 мг/л спостерігається виражений остеосклероз в легкій формі у 10-15% населення, а також розвиток важкої форми протягом 20-30 років. При концентрації 10-20 мг/л спостерігається важка форма через 10-15 років, а у дітей затримки росту.

При вищій концентрації буде викликатися гострий флюороз вже через 10-15 років.

Як бачите, оптимальний вміст фтору у воді вже визначено. І перевищення його ГДК приносить значно більше негативних наслідків, ніж недостача.

Як відбувається дефторування води?

Дефторування є досить дорогим процесом, варто відзначити, що навіть дорожчим, ніж фторування, тому пошук безпечного джерела води завжди кращий за очищення.

До традиційних методів відносяться:

1. Сорбція на кістяному вугіллі, активованих глиноземах і глинах (мінерали магнезит, клиноптилоліт, вермикуліт, цеоліт, діатоміт, каолініт й ін.) є досить ефективним методом. Процеси зазвичай проводяться в колонах у постійному або періодичному режимі. Принцип роботи даних речовин заснований на іонному обміні, коли іони OH^-, що містяться в складі даних сполук обмінюються з іонами F-. Ці матеріали зазвичай вимагають збільшення сорбційних властивостей шляхом активації (обробки кислотами, висушування, випалювання та ін.). Застосування їх обгрунтоване, коли в регіоні, де потрібно проводити дефторування води, присутні поклади подібних мінералів.

2. Контактне осадження передбачає під собою додавання сполук кальцію, магнію, фосфатів, заліза, алюмінію та ін. Осадження фторидів відбувається або шляхом утворення малорозчинних у воді сполук, які під дією сили тяжіння утворюють осад (наприклад, фториди кальцію і магнію), або шляхом коагуляції іонів фтору на поверхні певних частинок-коагулянтів (гідроксиди заліза й алюмінію).

Nalgonda - метод коагуляції, який набув широкого поширення в Індії для знефторювання вод з вмістом фторидів до 30 мг/дм³. У даній технології рідина контактує з коагулянтами (солі алюмінію або заліза), вапном або содою і білильним вапном (для підвищення pH). Після цього вода відстоюється 2-4 години та фільтрується через піщані фільтри. Крім зниження вмісту фтору такий процес забезпечує зниження каламутності, кольоровості та вмісту токсикантів органічної природи.

3. Зворотний осмос

Це технологія, яка забезпечує повноцінне видалення фторидів. При цьому не утворює великих обсягів токсичних осадів і не передбачає великогабаритного устаткування.

Зворотний осмос може використовуватися, як в системах типу POU , які встановлюються безпосередньо у вас вдома під мийкою, так і на станціях централізованої водопідготовки.

Мембранний фільтр буде непоганим рішенням, якщо аналіз води на фториди показує перевищення нормативних значень, оскільки це оптимальний варіант очистити воду від фтору в домашніх умовах.

Найпоширенішими методами є очищення на активованих глиноземах і зворотний осмос.

Знезараження води фтором

Також часто ставлять питання про знезараження води фтором, цей газ або сполуки елементного фтору не використовуються для дезінфекції води. Обумовлено це тим, що газоподібний фтор викликає вибухи та практично не використовується в газоподібному стані, а фториди практично не мають дезінфекційних властивостей.

Висновки

1. В цілому критичної проблеми підвищеного вмісту фтору у воді на території України немає. Що стосується східних регіонів, то фтор у водопровідній воді буде частково видалятися існуючими технологіями коагуляції.
2. Фторування води в регіонах з низьким вмістом фторидів рекомендоване, але воно несе певні витрати, тому не проводиться. Замінниками такої води можуть бути зубна паста і фторована сіль.
3. Зворотний осмос є оптимальним рішенням для дефторювання води, як вдома так і на станціях централізованої водопідготовки.