Mangaan (Mn) en water

Het mangaangehalte in zeewater ligt bij gemiddeld 0,03-2 ppb, maar het is relatief sterk variabel. Bij rivierwater ligt deze waarde bij ongeveer 5 ppb. Fytoplankton bevat normaal concentraties van 6-14 ppm (drogestofgehalte) of meer. Hieruit kan men een bioconcentratiefactor van circa 10⁴ tegenover zeewater concluderen. Zeevissen bevatten 0,3-4,6 ppm mangaan en oesterweefsel ongeveer 17 ppm (drogestofgehalte). Een aantal weekdieren kunnen het element sterk accumuleren.
In opgeloste vorm komt mangaan vooral als Mn²⁺ voor, in zoutwater speelt echter ook MnCl⁺ een belangrijke rol.
 

Hoe en in welke verbindingen reageert mangaan met water?

Mangaan reageert onder normale omstandigheden niet met puur water. Het kan echter wel vergelijkbaar met ijzer bij aanvullend contact met zuurstof roesten.
 

Oplosbaarheid van mangaan en/of zijn verbindingen

Vooral de vaak voorkomende geoxideerde vormen van mangaan, zoals bijvoorbeeld mangaan(IV)oxide, zijn in water meestal (slecht tot) onoplosbaar. Mangaan(II)sulfaat is een voorbeeld voor een mangaanverbinding die goed in water oplosbaar is. De oplosbaarheid van de gehydratiseerde vorm van deze verbinding ligt bij 652 g/L.

Oplosbaarheid en waardoor deze beïnvloed kan worden

Hoe kan mangaan in water terechtkomen?

Mangaan is op ijzer na het meest voorkomende metaal en het is in de natuur bestanddeel van een aantal mineralen, zoals pyrolusiet of manganiet, en ijzerertsen. Op de grond van de diepzee, maar ook van kustgebieden of soms zelfs zoetwatermeren bevinden zich zogenoemde mangaanknollen. Zij bevatten het element tot 27%, zijn zwart en meestal vuistgroot. In kleine, maar toch vaak hinderlijke hoeveelheden komt mangaan eigenlijk altijd in grondwater voor.
Voor commerciële doeleinden worden zowel in de natuur bestaande als industrieel geproduceerde mangaanverbindingen gebruikt. De belangrijkste gebruiksdoeleinden zijn waarschijnlijk in de productie van staal voor bijvoorbeeld treinsporen, een aantal andere legeringen met onder andere aluminium en batterijen te vinden. Ook magneten voor bijvoorbeeld tv’s en computers worden met behulp van mangaan geproduceerd. Andere, vaak organische mangaanverbindingen, worden als fungiciden en antiklopmiddelen gebruikt. Voor de mangaanbemesting past men vaak mangaansulfaat toe. Ook wordt deze verbinding graag aan veevoer toegevoegd.
Verder zijn in rubber en keramiek mangaanverbindingen te vinden. Van oudsher bekend is de methode om met behulp van mangaan de natuurlijke lichtgroene tint van glas te verwijderen. Het dient bovendien als pigment en katalysator in de industrie.
Kaliumpermanganaat is een sterke oxidator die bacteriën dood en daarom graag in de afvalwaterbehandeling en drinkwaterbereiding wordt toegepast.
 

Welke milieuproblemen kunnen door waterverontreiniging met mangaan ontstaan?

Mangaan is voor alle organismen essentieel. Milieuschade veroorzaakt door dit element, is eigenlijk niet bekend en het geldt als relatief ontoxisch.
In normale luchtdroge grond zijn ongeveer 20-3000 ppm mangaan te vinden. Voor planten is het van belang, omdat het onder andere voor de fotosynthese wordt benodigd. Zij bevatten over het algemeen 10-200 ppm (drogestofgehalte), waarbij de extremen tussen 1 en 700 ppm mangaan liggen. Zowel verschijnselen van een tekort als ook vergiftigingssymptomen zijn heel zeldzaam. Het vaakst komt toxiciteit door mangaan nog in zure grond voor, omdat zijn oplosbaarheid in dit geval stijgt. Ook de bemesting met gecomposteerde boomschors verhoogd het mangaangehalte in de grond en door bedampen van de grond als bestrijdingsmiddel gaat meer mangaan in oplossing. Vanaf een mangaangehalte van 500 ppm in het drogestof van planten zijn toxische effecten gebruikelijk. Terwijl het zeldzame mangaantekort tot groeistoornissen leidt, veroorzaakt een overschot chlorose.
Van het door warmbloedige organismen opgenomen mangaan worden slechts rond de 3% geresorbeerd, waarbij dit percentage bij ijzertekort stijgt. Toch komt mangaantekort normaal hooguit bij dieren voor die op mangaanarme weilanden grazen. Ook relatief grote overdoseringen kunnen zonder zware gevolgen getolereerd worden. Het element wordt vooral in mitochondrienrijke organen, spieren en haarpigmenten opgeslagen.
Terwijl het Mn²⁺-ion als ongiftig wordt beschouwd, is het permanganaation, MnO₄^-, toxisch. Mn³⁺ is de biologisch actieve vorm van het element die echter redelijk instabiel is. Een aantal mangaanverbindingen, zoals mangaan(II)chloride en mangaan(II)sulfaat, vertoonden een carcinogene werking bij dierproeven.
Mangaanzuur is een van de weinige mangaanverbindingen die voor milieuproblemen kunnen zorgen en als sterk watergevaarlijk geldt. In wateren levende mangaanbacteriën zijn trouwens in staat om mangaan(II)- en IJzer(II)zouten tot mangaan(III)- en IJzer(III)zouten te oxideren.
Van nature heeft mangaan een enkel stabiel isotoop. Inmiddels bestaan ook negen radioactieve isotopen van het element.
 

Welke gezondheidseffecten kan mangaan in water veroorzaken?

Mangaan is ook voor de mens een essentieel element. Ondanks het lage resorptiepercentage van ongeveer 5%, komen bij de gebruikelijke dagelijkse inname van gemiddeld 2-4 mg bijna nooit tekorten voor. Ook relatief grote innamen kunnen meestal zonder grotere problemen worden verdragen. Dagelijks wordt een inname van tot 5 mg als ongevaarlijk beschouwd.
Mangaan is tot ongeveer 0,2 ppm in het menselijke lichaam aanwezig en wordt vooral in lever, nieren en andere mitochondrienrijke organen, de musculatuur en haarpigmenten opgeslagen. Het activeert een groot aantal enzymen of is bestanddeel van deze.
Bij de bijna nooit voorkomende vergiftigingen met mangaan worden vooral het centrale zenuwstelsel en de nieren aangetast. Permanganaat is duidelijk giftiger. Zo kunnen ongeveer 5-8 g kaliumpermanganaat (KMnO₄) voor de mens dodelijk zijn. Ook mangaanstof dat het zogenoemde mangansime veroorzaakt, en mangaandampen gelden als veel gevaarlijker. De afweercellen van de long kunnen bij inhalatie vernietigd worden. Mangaanzouten werken waarschijnlijk voor een deel kankerverwekkend.
 

Welke waterzuiveringstechnologieën kunnen toegepast worden om mangaan uit water te verwijderen?

Alhoewel de milieu- en gezondheidseffecten van mangaan zeer beperkt zijn, zijn het element en zijn verbindingen in water vaak ongewenst. In drinkwater beïnvloeden hogere concentraties smaak en kleur. Op de was kan mangaan dat vooral in zuurstofarm grondwater meestal samen met ijzer voorkomt, bruinzwarte vlekken achterlaten. Daarom wordt mangaan ook vaak samen met ijzer uit grondwater verwijderd.
De ontmanganing kan, afhankelijk van de verbinding, door oxidatie (mangaanoxiden zijn onoplosbaar) met daaropvolgende coagulatie en filtratie, maar ook met behulp van ionenwisselaars, omgekeerde osmose en elektrodialyse uitgevoerd worden. Filtratie is vooral bij toepassing van bruinsteenfilters effectief. Mangaanbacteriën kunnen mangaan(II)- en ijzer(II)zouten tot mangaan(III)- en ijzer(III)zouten oxideren.
Kaliumpermanganaat wordt wegens zijn sterk oxiderende en bactericide werking zelf graag in de waterbehandeling gebruikt.

In de EU-drinkwaterrichtlijn wordt voor mangaan een maximaal gehalte van 0,05 mg/l toegestaan. In het Nederlandse Waterleidingbesluit heeft men deze waarde overgenomen.

Vergelijking drinkwaternormen

Literatuurverwijzingen

Terug naar het periodiek systeem der elementen

Terug naar de overzicht van elementen en water