Оптимальный уровень фтора в воде
Согласно нормам, установленным экспертным комитетом Всемирной организации здравоохранения в 1994 году, оптимальное содержание фтора в питьевой воде должно находиться в пределах 0,5—1,0 миллиграмма на литр в зависимости от климатических условий. В России действующий СанПиН 2.1.4.1074-01 устанавливает концентрацию фторидов в питьевой воде в диапазоне 1,2—1,5 мг/л.
Климатические особенности региона имеют значение при определении оптимальной концентрации фтора:
- В холодных регионах (Сибирь) допустима более высокая концентрация — 1,0–1,5 мг/л;
- В умеренных зонах (Москва, Санкт-Петербург) норма составляет 0,7–1,0 мг/л;
- В жарких регионах (Краснодарский край, Астрахань) уровень должен быть ниже — 0,5–0,7 мг/л.
Это объясняется тем, что в жарком климате люди пьют больше воды, соответственно, получают больше фтора.
Цели фторирования воды
Основная цель фторирования — снижение заболеваемости кариесом за счёт регулирования количества фторидов в водопроводной воде. Кариес остаётся одной из главных проблем здравоохранения в большинстве развитых стран мира, им страдают от 60 до 90% детей школьного возраста и подавляющее большинство взрослого населения.
Фторирование воды предотвращает кариес как у детей, так и у взрослых. Исследования показывают, что снижение заболеваемости кариесом за счёт фторирования воды составляет от 18 до 40% у детей, даже тех, кто уже пользуется зубной пастой и другими источниками фтора.
Впервые фторирование применили в Северной Америке, что позволило снизить заболеваемость зубов и разрушение эмали на 40%. Этот опыт был успешно применен во многих странах. На сегодняшний день обогащённую фтором воду употребляют более 400 миллионов человек в мире.
Методы фторирования воды
Фторирование не изменяет внешний вид, вкус и запах воды. Для обогащения воды фтором используются следующие основные вещества:
- Фторид натрия (NaF) — был первым веществом, применённым для фторирования воды, и теперь считается эталоном, по которому рассчитывают нормы фторирования. Это белое порошкообразное или кристаллическое вещество без запаха. Хотя фторид натрия дороже других веществ, он удобен в работе и чаще используется на мелких предприятиях коммунального обслуживания.
- Фторкремниевая кислота (H2SiF6) — недорогая жидкость, образующаяся в процессе производства фосфорных удобрений. Поставляется в разных концентрациях (от 23 до 25%), но из-за большого содержания воды её транспортировка обходится дорого.
- Фторсиликат натрия (Na2SiF6) — порошок или очень мелкие кристаллы, транспортировать которые значительно легче, чем фторкремниевую кислоту.
Технологический процесс фторирования представляет собой систему дозирования, где от количества проходящей воды, регистрируемого импульсным расходомером, осуществляется подача дозирующим насосом фторсодержащего раствора из емкости для реагента. Место введения раствора выбирают в зависимости от способа очистки воды и технико-экономических соображений.
Естественное содержание фтора в воде
Вода в естественных источниках содержит разные количества фтора. В реках и озёрах фтора, как правило, мало — менее 0,5 миллиграмма на литр. Подземные воды, особенно в вулканических и горных районах, могут содержать до 50 миллиграммов фтора в литре.
В России содержание фтора в природных водах изменяется в широком диапазоне от 0,01 до 8 мг/л. Низкие концентрации фторид-ионов встречаются в большинстве поверхностных источников водоснабжения. Подземные воды (артезианские, колодезные) богаче фтором, чем поверхностные.
Повышенные концентрации фтора характерны для следующих регионов:
- Забайкальский край;
- Республика Бурятия;
- Оренбургская область;
- Южный Урал;
- Западная Сибирь.
В этих районах концентрация фтора может достигать 3-11 мг/л, что значительно превышает допустимую норму и требует применения методов дефторирования.
Необходимость дефторирования
Когда естественное содержание фтора в воде слишком велико, его необходимо понижать до допустимого предела. Избыточное содержание фтора в питьевой воде может привести к серьезным последствиям для здоровья:
- Флюороз зубов — заболевание, при котором нарушается прорезывание зубов, проявляющееся в виде пятен и полос на зубной эмали;
- Флюороз костей скелета — поражение костной ткани;
- Токсическое воздействие на сердечно-сосудистую и центральную нервную систему;
- Нарушения в работе печени, почек и щитовидной железы.
Развитие флюороза начинается при регулярном потреблении воды с концентрацией фтора свыше 2 мг/л. Именно поэтому в регионах с повышенным содержанием фтора требуется его удаление из питьевой воды.
Методы дефторирования воды
Существует четыре основных метода дефторирования воды:
- Сорбционный метод — основан на физико-химических процессах поглощения фторидов твердыми телами. Используются различные фтор-селективные материалы природного и искусственного происхождения: активированный глинозем, активированные угли, гидроксид магния, трикальцийфосфат, кальцит, гидроксиапатит и активированный оксид алюминия. Для удаления 1 мг фтора из воды требуется 23-30 мг трикальцийфосфата.
- Ионообменный метод — применяются анионообменные смолы различной основности, способные удалять из воды фтор-ионы. Метод обеспечивает 90-95% удаление фтора, но имеет высокую себестоимость из-за стоимости материала, его предобработки, регенерации и необходимости утилизации фторообогащенных отходов.
- Метод осаждения — фтор удаляют в виде его малорастворимых основных солей. Широкое применение получил метод Nalgonda, включающий смешение воды с коагулянтом (солями алюминия), известью и белильной известью с последующей седиментацией и фильтрацией. Расход коагулянта составляет в среднем 30 мг Al2O3 на 1 мг фтора.
- Физико-электрохимический метод — включает обратный осмос, электрокоагуляцию и другие электрохимические процессы. При использовании установок обратного осмоса происходит удаление соединений фтора, которые не проходят через мембрану и смываются с её поверхности в дренаж. Этот метод позволяет снизить содержание фтора с 20 мг/л до 0,5 мг/л.
Электрокоагуляционное дефторирование осуществляется без применения химических реагентов. В качестве растворимых анодов применяют алюминий и дюралюминий. Расход металлического алюминия составляет около 12 г на каждый 1 г удаляемого фтора.
Споры и противоречия
Фторирование воды имеет целью профилактику хронического заболевания, основная тяжесть которого приходится на детей и представителей бедных слоёв населения. Его использование представляет собой пример конфликта между общим благом и правами личности. Фторирование водопроводной воды общего пользования вызывает возражения, имеющие под собой ряд этических и юридических оснований.
Особенно оправданным фторирование воды считается в странах с социально-экономическим неравенством населения, где доступ к стоматологической помощи и другим способам профилактики кариеса для малообеспеченных слоев населения затруднен. Мотивы для фторирования схожи с таковыми для йодирования соли, осуществляемого с целью профилактики эндемического зоба.
Заключение
Анализ известных методов фторирования и дефторирования воды свидетельствует о том, что ни один из них не является универсальным. Выбор конкретного метода должен основываться на нескольких критериях: стоимость и эффективность технологического процесса, качество конечного продукта по всем показателям, а не только по содержанию фтора. Определение этих характеристик возможно только в процессе апробации метода на фактической воде конкретного источника с учетом социально-географических, экологических и экономических условий региона.