Марганец в воде: нормы содержания и методы очистки

Многие из нас, вспоминая о полезных микроэлементах и минералах, в первую очередь говорят о кальции, железе или другом разрекламированном нутриенте. Люди, более тщательно следящие за своей диетой, могут припомнить о пользе продуктов, содержащих, например, цинк или магний. Но существует множество веществ, чьи свойства менее известны, однако для организма они играют важнейшую роль. Один из таких – марганец.

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.

Использованная литература

1. Aschner, M., Erikson, K. Manganese. Adv Nutr., 2021. — Vol. 8(3). — P. 520-521.
2. Horning, K., Caito, S., Tipps, K. et al. Manganese Is Essential for Neuronal Health. Annu Rev Nutr., 2015. — Vol. 35. — P. 71-108.
3. Michalke, B. Review about the manganese speciation project related to neurodegeneration: An analytical chemistry approach to increase the knowledge about manganese related parkinsonian symptoms. J Trace Elem Med Biol., 2021. — Vol. 37. — P. 50-61.

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.

Источники в пище

Многие полезные продукты питания содержат в себе запасы марганца. В частности, отличные источники этого микроэлемента есть среди зерновых, бобовых, овощей и фруктов.

Большинство из них только в 1 порции содержат почти 100-процентную суточную норму Mn. К примеру, в 100 г овсянки есть в пределах 96 % от суточной нормы марганца.

В продуктах питания минерал сохраняется относительно хорошо. После варки больше всего марганца остается в бобовых (отмечаются незначительные потери микроэлемента при термической обработке). Немного больше нутриента под воздействием высокой температуры теряется в других овощах. Тем не менее, уровень потерь легко сократить, если минимизировать время приготовления пищи и контакт с водой. Например, если шпинат варить недолго, то потери марганца сократятся приблизительно на 10 процентов.

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.

Как составить меню, насыщенное марганцем

Источников Mn среди натуральных продуктов питания не так уж и мало. Поэтому даже при остром дефиците микровещества нетрудно составить меню из пищи, насыщенной полезным элементом. Желаете повысить концентрацию минерала в организме? Тогда рекомендации диетологов помогут правильно подобрать продукты для дневного рациона.

Примерное меню

Завтрак. Отличным вариантом для утренней трапезы послужит овсянка со свежей малиной. Оба продукта содержат в себе высокое количество марганца.

Обед. Приготовить сытный и вкусный обед, богатый марганцем, – не проблема, так как почти все овощи содержат в себе этот элемент. В качестве первого горячего блюда подойдет суп из зеленой фасоли или свекольник (свекла – богатейший Mn-источник). Этот нутриент содержится в ингредиентах большинства супов: в моркови, луке, чесноке и других. На второе в качестве гарнира приготовить рис (в идеале – коричневый) с говядиной и салат из листовых овощей с соевым соусом. Завершить трапезу десертом – свежим соком из клубники или винограда.

Ужин. На завершение дня можно побаловать себя витаминным шпинатом с гречкой, либо же овощным или фруктовым салатом. Перед сном выпить чашку чая из мяты или мелиссы.

На протяжении всего дня в качестве полезных перекусов подойдут разные виды орехов (миндаль, фундук, арахис, фисташки, кокос), фрукты и ягоды (инжир, киви, бананы, ананасы и все тропические фрукты, ежевика, клубника).
Таблица содержания марганца в продуктах питания

Пищевой дефицит

Типичный рацион «мясоедов» содержит примерно 2-7 мг марганца в сутки. А вот «травоядные» способны обеспечивать себя почти 10 мг элемента ежедневно (норма – 5-10 мг/сутки). Поэтому весьма трудно обрести дефицит Mn, соблюдая разнообразное меню, богатое овощами. И большинство продуктов из нашего ежедневного стола – отличные источники марганца.

Но не стоит исключать возможность развития Mn-дефицита, причиной которого могут стать самые разные проблемы со здоровьем (наиболее распространенная – нарушение всасывания полезных веществ).

Скорее всего, человек получает недостаточно марганца с пищей, если:

• появились признаки гипертонии;
• ухудшилась работа сердца;
• болят кости;
• повысился холестерин;
• ухудшились зрение, слух и память.

Очень сильный дефицит минерала может привести к женскому бесплодию, остеопорозу, раку поджелудочной железы, кардиологическим проблемам.

Продукты, содержащие марганец

Если марганец для организма человека так важен, то из каких продуктов его можно получить? Найти их можно на полках самых обычных супермаркетов. Однако стоит помнить о том, что максимальная концентрация марганца встречается только в нерафинированных, натуральных продуктах, которые изготавливались без применения тепловой обработки.

Продукты животного происхождения содержат минимальное количество этого вещества, что не дает возможности восполнить его недостаток в организме. Марганец содержится:

• во всех видах мяса, кроме свинины;
• в почках;
• в рыбе;
• в ракообразных;
• в сыре.

Большие концентрации вещества содержатся в продуктах растительного происхождения:

• в оливковом масле;
• в фруктах – винограде и лимоне;
• в овощах – капусте, моркови, огурцах, редьке;
• в бобовых – горохе, фасоли;
• в зелени – петрушке и укропе;
• в злаковых – ржи, пшенице, пшене, грече, овсянке, рисе;
• в ягодах – бруснике, черемухе, чернике, землянике, малине, черной смородине;
• в меде;
• в какао;
• в чае;
• в орехах.

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.

Гинекологические проблемы и бесплодие

Марганец поддерживает выработку эстрогена и других половых гормонов. При его нехватке гормональный баланс нарушается, это грозит бесплодием, внезапным прерыванием беременности, повышением риска гинекологический воспалений. Отмечается раннее наступление климакса.

Особенно опасна нехватка марганца при беременности: она чревата различными патологиями плода, в том числе недоразвитием нервной трубки. Самолечением заниматься нельзя, нужную дозу препаратов, содержащих магний, должен определить врач-гинеколог.

Профилактика микроэлементозов

Пополнить запас необходимых микроэлементов не так сложно. Важно обращать внимание на рациональное и разнообразное питание, в котором должно быть много натуральной растительной пищи. Кроме того, необходима физическая активность, частое пребывание на свежем воздухе и защита от стресса.

Источники:

1. Нейроэндокринные нарушения онтогенеза человека экологической этиологии и их восстановительная терапия. Кожин А.А., Жуков В.В., Попова В.А. Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание, 2021 №1.
2. Биологическая роль и значение микроэлементов в жизнедеятельности человека. Канжигалина З.К., Касенова Р.К., Орадова А.Ш. Вестник Казахского Национального медицинского университета, 2013 №5.

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

Повышенная утомляемость

Марганец влияет на синтез тироксина – гормона щитовидной железы. Его нехватка приводит к быстрой утомляемости, проблемах со сном, резким перепадах настроения. Ситуация ухудшается при нервных перегрузках, стрессах, постоянном умственном напряжении.

В таком состоянии организм активно потребляет марганец, усугубляя его дефицит. Ситуация ухудшается, если человек недополучает другие важные компоненты:

• медь,
• цинк,
• селен,
• хром.

Ухудшение состояния кожи, волос и ногтей

При употреблении некоторых лекарственных препаратов и несбалансированной диете ежедневная доза марганца, поступающая в организм, падает до критического минимума.

При длительном дефиците заметны изменения кожных покровов. Возникает гиперпигментация, особенно заметная на открытых участках, повышенная сухость кожи, дерматиты, мелкая чешуйчатая сыпь.

Ногти слоятся и ломаются, тёмные от природы волосы приобретают красноватый оттенок.

Головокружения

Дефицит марганца мешает усваиваться другим важным элементам. При недостаточном количестве железа человека мучают головокружения, сопровождающиеся тошнотой, рвотой, временной потерей ориентации в пространстве. Ухудшают состояние нехватка сна и неконтролируемый приём болеутоляющих препаратов.

Восстановить баланс макроэлементов поможет сбалансированное меню, включающее продукты, богатые марганцем:

• различные орехи,
• бобовые,
• картофель,
• ржаной хлеб,
• отруби.

Не стоит отказываться от чая и кофе, а количество алкоголя нужно резко ограничить.

Симптомы нехватки микроэлементов

Хотя точно определить дисбаланс микроэлементов могут только лабораторные тесты и обследование у врача, есть ряд признаков нехватки микроэлементов в организме – частые инфекции, ослабление иммунитета, ухудшение внешнего вида (проблемы ногтей, кожи или волос), раздражительность, сонливость.

Кроме того, есть ряд проявлений, которые связаны с дисбалансом определенных микроэлементов.

• Избыток веса, с которым трудно бороться, возможен из-за нехватки марганца, цинка или хрома.
• Нарушения процесса пищеварения возможны при нехватке хрома или цинка.
• Расстройство микробной флоры кишечника может возникать при дефиците цинка.
• Аллергия на пищу – дефицит цинка, селена.
• Нарушения работы простаты – дефицит селена, цинка, йода.
• Повышение сахара крови – проблемы с поступлением хрома, цинка, марганца, молибдена.
• Ломкость ногтей, секущиеся волосы – дефицит железа, цинка, меди.
• Выпадение волос – нехватка цинка, селена.
• Пигментация на коже – дефицит меди, селена или марганца.
• Прыщи на лице и теле – нехватка селена, меди, цинка.

Как узнать, каких микроэлементов не хватает организму

Есть ряд лабораторных исследований, которые могут определить нехватку как макроэлементов (кальций, магний, калий), так и дефицит микроэлементов. Для исследования берут кровь, мочу или ногти, волосы. Спектральный анализ волос может достаточно точно определить, каких микроэлементов не хватает организму.

Как принимать недостающие микроэлементы правильно

Перед тем, как принимать комплексы витаминов с микроэлементами, нужно посоветоваться с врачом и определить, что все проблемы организма – это именно нарушение баланса витаминов и минералов, а не какие-либо болезниИсточник: Нейроэндокринные нарушения онтогенеза человека экологической этиологии и их восстановительная терапия. Кожин А.А., Жуков В.В., Попова В.А. Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание, 2021 №1..

Ожирение

Дисбаланс минеральных веществ мешает нормальному усвоению пищи, а нарушение нейронных связей блокирует чувство сытости. В итоге человек постоянно переедает, что быстро сказывается на массе тела.

Нехватка марганца повышает уровень сахара в крови, возникает риск развития диабета II типа. Макроэлемент влияет на скорость отложения подкожного и висцерального жира, препятствует росту жировых клеток в тканях печени.

Дефицит марганца грозит увеличением веса, даже если количество килокалорий не выходит за пределы нормы.

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

Медицинские препараты, содержащие марганец

В терапевтических целях врачи могут назначить при дефиците марганца медицинский препарат «Турамин», который содержит 25 мг вещества в одной таблетке. Также содержат марганец и поливитаминные комплексы, такие как:

• “Витрум”;
• “Кальцемин Адванс”;
• “Компливит”;
• “Максамин Форте”;
• “Мульти-табс”;
• “Олиговит”;
• “Супрадин”.