Сравнительная характеристика методов очистки и обеззараживания питьевой воды c методом электрической активации воды

Аннотация

В статье дается сравнительная характеристика очистки воды фильтрами с активированным углем, минералами, обратноосмотических систем, обеззараживания хлором, озоном или серебром, насыщенную углекислотой с обеззараживанием воды электрическим током, который отличается высокой санитарно-бактериологической очисткой и уменьшением токсичности воды. 

Нормативами Казахстана предусмотрен расход воды на каждого человека 450 л/сутки. Очистить такой объем воды не способна экономика даже высоко развитых стран. Поэтому на водозаборных станциях производится только предочистка воды и ее обеззараживание хлором. Нужно сказать, что хлор очень сильный окислитель и, обеззараживая воду, он одновременно окисляет органические соединения находящиеся в воде. При этом получаются хлорорганические соединения, большинство из которых являются вредными (диоксин и др.)

Для питья человек использует 1,5-3 л воды в сутки. Иными словами, население для питья использует всего меньше одного процента воды от выше названного количества, которое и требуется очистить. Каждый человек решает этот вопрос по-разному. Одни приобретают для этих целей бутилированную воду. Другие - готовят такую воду сами, приобретая различные водоочистители.

При выборе фильтра нужно помнить, что природная вода содержит значительное количество необходимых для организма микроэлементов, которые поступают в организм преимущественно с водой. Например, многие металлы входят в состав активных ферментных групп (которые участвуют при обмене веществ). Поэтому чрезмерное опреснение (очистка) воды приводит по сообщению к нейроэндокринным нарушениям. Чисто механистическое стремление (обратноосмотические системы) удалить из питьевой воды все, что в ней содержится, по существу равносильно превращению ее в дистиллят, непригодный для постоянного питья. Здесь же сообщается, что в ряде местностей, где население пьет постоянно ультрапресную воду, развиваются эндемические очаги патологии, связанные с водными факторами (с недостатком в воде солей).

Для простоты анализа поставляемое на рынок оборудование для очистки питьевой воды можно подразделить на три группы: фильтры с активированным углем, минералами, обратноосмотические системы.

1. Фильтры на активированном угле со сменными картриджами (фильтры кувшинного типа: «Брита», «Гейзер», «Никор», «Криниця», «Барьер», «Водограй»...) избавляют воду только от хлора и органических соединений и совсем не освобождают от солей металлов, нитратов, нитритов и не обеззараживают. При эксплуатации таких фильтров трудно установить тот момент, когда закончился ресурс картриджа. В этом случае, при насыщении активированного угля загрязнителями, фильтры сами становятся опасными, так как начинают отравлять воду ранее накопленными вредными веществами. Уловленная картриджами органика является питательной средой для развития бактерий. Выключив фильтр утром и включив его повторно вечером, Вы получите воду, «обогащенную» бактериями и их отходами. Поэтому такие фильтры, особенно с несвоевременно замененными картриджами, становятся источниками бактериального загрязнения.
2. Фильтры на минералах: («Кулмарт», «Эдем»...), таких как шунгит, кремний, цеолит, активатор Крылова и др., изменяют структуру воды, но почти не освобождают ее от растворенных солей. А такой минерал как цеолит, в состав которого входят соединения алюминия, является опасным. Алюминий откладывается в коре головного мозга и может возникнуть болезнь Альцгеймера. Несмотря на то, что некоторые из используемых в них минералов (кремний, графит и др.) являются адсорбентами, степень очистки от загрязнителей, у таких фильтров, небольшая - (5-10)%, причем требуется длительное отстаивание воды на минералах (5-7 суток).

Некоторые из фильтров 1 и 2 групп, содержат ионно-обменные смолы в небольшом количестве. Ее хватает не больше, чем на полтора-два месяца работы фильтра. Этот период фильтр очищает только от солей жесткости, тяжелых металлов. Но после названного срока никакой очистки не производит.

Обратноосмотические системы дают наиболее полную очистку (почти 100%) воды. Но они сложны, дороги (их стоимость от 1000 долларов) и требуют больших расходов на постоянную замену картриджей в процессе всего периода эксплуатации. Недостатком такой воды является то, что она не соответствует требованиям стандартов Казахстана по нижнему пределу минерализации. В результате организм человека не получает необходимых для него солей, находящихся в ионной форме в воде. Автору не понятно, каким образом такие технологии получили разрешение для применения на территории Казахстана.

Фильтрующие, полупроницаемые мембраны (обратноосмотические или ультра фильтрационные с диаметром пор 0,5-100 нм) задерживает соли, органические вещества, вирусы... обеспечивают удаление из воды большей части находящихся в ней веществ. Однако такая глубокая очистка воды приводит к удалению из нее не только вредных примесей, но и биологически полезных минеральных веществ. Вода после очистителя становится деминерализованной, по свойствам приближается к дистиллированной воде, заведомо непригодной для питья. Постоянное употребление демонизированной воды (например, снеговой, мягкой воды) ведет к дефициту в организме биомикроэлементов, что сопровождается нарушениями функций коры надпочечников, увеличением риска ишемической болезни сердца и артериальной гипертензии, появлением суставных болей, склонностью к артритам и артрозам. Потребление деминерализованной воды вызывает «судорожный синдром» у домашнего скота, а также атеросклероз и нарушение ритма сердца (у лабораторных крыс). Широкое распространение гипертонической болезни среди жителей Санкт-Петербурга связывают с чрезмерно низкой минерализацией водопроводной воды. Существует версия о том, что замена обычной воды полностью стерильной способствует ослаблению естественного иммунитета. Поэтому стратегия сверх очистки питьевой воды небесспорна в физиологическом плане.

Необходимо сказать несколько слов о технологии очистки воды коагулянтами под названием «Кристалл», «Гиацинт» и др. Очистка воды производится путем добавления в нее нескольких капель сернокислого алюминия. Происходит коагуляция солей и выпадение их в осадок. НПФ «ЭкоВод» провела исследования степени очистки воды с использованием технологии «Кристалл». Оказалось, что она не превышает 5% (таким образом, эта технология является «иллюзией» очистки). Одновременно нужно предупредить читателя, что при использовании этой технологии вода насыщается ионами алюминия, что может вызвать болезнь Альцгеймера. Такую же опасность несут и другие фильтры («Ива»...), где коагуляцию воды производят сернокислым алюминием.

Согласно свидетельствам специалистов по воде [1, 2] и нашему мнению, наиболее оптимальным вариантом бытовых водоочистителей для Казахстана являются водоочистители фирмы «ЭкоВод». В этих водоочистителях происходит не только очистка и обеззараживание воды, но и освобождение от всех хлорорганических соединений, которые образуются при обработке воды хлором. Все хлорорганические соединения являются вредными для здоровья человека, а некоторые из них, например, диоксин, являются ядом.

Для обеззараживания питьевой воды используются реагентные и безреагентные методы. Реагенты методы включают в себя обеззараживание хлором, озоном или серебром. Безреагентные методы: термическую обработку, электроактивацию Учитыва я, что большинство жителей Казахстана не знает опасности обеззараживания воды серебром и углекислотой, мы остановимся более подробней на этих вопросах.

Обработка серебром обеззараживает воду эффективнее хлора, озона и др. сильных окислителей. Серебряная вода с большим эффектом используется в медицине для наружного употребления: полоскание горла при ангине, компрессы для борьбы с грибком... Эта вода сохраняет свою бактерицидность на протяжении многих месяцев. Поэтому такую воду использовали на подводных лодках во времена СССР, которые не редко уходили на 6-7 месяцев в подводный мир.

Обеззараживание воды с помощью серебра подкупает простотой технологии. Поэтому понятно внимание людей к этому способу обработки воды во все времена. Сейчас в аптеках города Киева продаются серебряные шарики для очистки и обеззараживания воды и многие уже приобрели их.

Авторы хотели бы предупредить читателя об опасности постоянного употребления питьевой воды, обработанной серебром. При постоянном использовании «серебряной» воды в качестве питьевой серебро избирательно отлагается в селезенке, печени, нервных волокнах и др. тканях [3]. Ионы серебра, находясь в воде, могут образовывать токсичные соединения. Так при наличии в воде нитратов серебро, соединяясь с ними, образует нитрат серебра - ядовитую соль, которая не выводится из организма и поражает, прежде всего, печень. Накапливаясь, в частности, в коже, серебро придает ей своеобразную серо-зеленую окраску, вызывая болезнь аргирию. При аргирии может наблюдаться ослабление остроты зрения, помутнение в передней капсуле хрусталика, точечные включения в хрусталике, изменение цвета зрачка и глазного дна. К сведению наших читателей, когда Батюшка в церкви освятит воду и Вы ее выпьете 2-3 раза в год - никакого ущерба Вашему Здоровью не будет.

Но длительное употребление «серебряной» воды, как питьевой, опасно для Вашего здоровья. При содержании серебра в организме человека 2г возникают симптомы отравления, а при дозе в Юг возможен летальный исход.

В настоящее время торговая сеть предлагает покупателю бутилированную воду, насыщенную углекислотой. Действительно, углекислота является хорошим консервантом и если взять бутылочку такой воды, выезжая на пикник, вреда большого не будет. Однако постоянное употребление газированных вод может привести к существенным изменениям в организме человека (особенно с повышенной кислотностью). Такая вода имеет pH = 3-4, т.е. очень кислая.

Углекислый газ является раздражителем слизистых оболочек горла, пищевода, желудка и может привести к их воспалению. Кроме этого, постоянное употребление такой воды приводит к «закислению» желудочно-кишечного тракта, что может вызвать нарушение кислотно-щелочного равновесия в организме человека. В результате могут возникнуть серьезные расстройства в работе органов человека. Помимо всего вышеперечисленного, углекислота является крайне сильным стимулятором поджелудочной железы. Вот почему нежелательно постоянное употребление газированных вод (в т.ч. напитков, содержащих углекислоту), особенно людям с повышенной кислотностью. «Врачи-диетологи против того, чтобы давать газированные напитки детям в возрасте до 3-х лет, а до 10 лет - они рекомендуются не чаще 2-3 раз в неделю»[4].

Обеззараживание воды электрическим током - это новая область, зародившаяся в конце прошлого века. В анодной камере (на аппаратах «Эковод»), получается антимикробный раствор нового типа - электрохимический активированный анолит.

Во время обработки воды в электроактиваторах (электрическим током) все молекулярные структуры распадаются на ионы. Вода насыщается высокоактивными веществами - окислителями и восстановителями. Под действием электрического тока, а также высокоактивных окислителей и восстановителей, происходит деструкция микроорганизмов всех видов и форм. В результате происходит гибель и разложение бактерий, спор, грибков микроорганизмов на простые вещества (в частности на воду, углекислый газ...).

Результаты санитарно-бактериологических исследований воды, получаемой на электроактиваторах типа «ЭкоВод», проведенные Центральной санитарно- эпидемиологической станцией МОЗ Украины в 1994 и 2002 гг., подтвердили высокую эффективность обеззараживания (см. табл. 1) [5, 6].

При увеличении бактериальной нагрузки в 100 раз, т.е. при дополнительном внесении ГIO⁵ клеток E-coli М-17 в 1л воды, - эффект обеззараживания также подтверждается, а именно общее микробное число и коли-индекс снизились более чем в 1000 раз. Обеззараживающий эффект подтверждается также при электролизе искусственно приготовленной на дистиллированной воде бактериальной взвеси E- Coli в количестве 3‘10⁴ клеток в 1л (см. табл. 2). Микробное число снижено в 5000 раз, а коли-индекс - на уровне чувствительности средств измерения.

Таблица 1 - Результаты санитарно-бактериологических исследований водопроводой воды

Таблица 2 - Результаты санитарно-бактериологических исследований дистиллированной воды

Обеззараживание воды достигается за счет следующих физико-химических процессов:

Во-первых, за счет сильного обеззараживающего эффекта постоянного электрического тока. Во-вторых, за счет химического воздействия на бактерии, вирусы, зоо- и фитопланктон и т.п. сильных окислителей, таких как перекись водорода, озон, атомарный кислород и др. Увеличение степени обеззараживания достигается при введении в воду хлоридов металлов (КСІ, NaCI,...). В то же время необходимость сохранения приятного вкуса питьевой воды в ряде случаев не позволяет использовать этот прием.

Исследования, проведенные Санкт-Петербургским аграрным университетом [7] по влиянию на бактерии предельно высоких значений pH показали, что не столько химическое действие кислотных и щелочных групп с pH от 2 до 12 губительно для живой микрофлоры, сколько прямое действие электрического тока, которое убивало все живое в воде за 0,4 мин., тогда как химические реагенты делали это за 20-30 мин.

Такой эффект постоянного тока можно объяснить его разрушительным действием на все молекулярные структуры (в том числе и живые организмы: вирусы, бактерии, грибы...), которые всегда состоят из положительных и отрицательных ионов.

Системы электрической активации воды работают на принципе индуцированного внешним электрическим воздействием направленного отклонения активности электронов в водной среде от равновесного состояния. В электрохимической системе переносчиками заряда через границу раздела фаз «электрод-электролит», являются электроны.

В результате электрической обработки пресной или слабоминерализованной воды в катодной камере вода приобретает щелочную реакцию за счет превращения некоторой части растворимых солей в гидроксиды. Ее ОВП резко понижается (становится отрицательным, достигая максимально - (800-1000) мВ, уменьшается поверхностное натяжение, снижается содержание растворенного кислорода, азота, возрастает концентрация водорода, сводных гидроксильных групп, уменьшается электропроводность.

Образуются трудно растворимые карбонаты кальция и магния из находящихся в исходной воде растворенных соединений этих металлов. Ионы тяжелых металлов, железа превращаются в нерастворимые гидроксиды и выпадают в осадок.

В анодной камере кислотность воды увеличивается, ОВП возрастает (до 1000 - 1200 мВ), электропроводность увеличивается, повышается содержание кислорода, хлора, азота.

При наложении разности потенциалов объем воды между электродами подвергается воздействию электрического поля, и через электролит начинает протекает электрический ток.

Электроактивация воды основана на переносе ионов и электронов через полупроницаемую мембрану, помещенную в раствор электролита, при создании в жидкости разности потенциалов по обе стороны мембраны. В процессе электроактивации в катодной камере получается католит - щелочная («живая») вода, в анодной - анолит, кислотная («мертвая») вода.

В катодной камере вода обогащается высокоактивными восстановителями, что приводит к образованию нерастворимых гидроксидов металлов, которые выпадают в осадок

Me¹¹⁺ + nOH" -+ Me(OH)_n.

Гидроксиды легких металлов (Na, К) не выпадают в осадок и остаются в растворенном виде - 100%.

Кроме того, в катодной камере происходит прямое восстановление многозарядных катионов (т.е, осаждения молекул металлов):

Me¹¹⁺ + ne Me⁰.

Эти процессы снижают токсичность воды, обусловленную наличием ионов тяжелых металлов, во много раз.

Redox-потенциал катодной воды может достигать значения - 800мВ (его терапевтическое значение - около - 400мВ). Последняя величина хорошо согласуется с Redox-потенциалом внутренней среды организма человека. Таким образом, без каких-либо химических добавок, при сохранении полной биосовместимой вода превращается в эффективный антиоксидант.

В анодной камере вода насыщается высокоэффективными окислителями. Известно [8], что из всех процессов разрушения органических веществ в воде наиболее мощным является электролитическое окисление у анода. Образующиеся в процессе электролиза (деструкция микроорганизмов, распад солей), а растворенные в воде газы (СО2, SO2, NO2, N2, H2S, Cl₂, Ог, Нг) улетучиваются в при электродной зоне.

Высокий Redox-потенциал и особые формы соединений активного хлора, образующиеся на аноде и участвующие в реакциях окисления, исключают образование токсичных хлорорганических веществ и обеспечивают полную окислительную деструкцию диоксидов^СігНЮгСҺ).

При электролизе воды с инертным анодом (графит, «Экосил») на электродах происходит окисление и восстановление молекул воды согласно реакциям:

на катоде 2НгО + 2е Н2 + 2ОН',

2НгО +2Na ⁺ +2е -+ 2Na ОН+ H₂.

на аноде 2НгО - 4е O₂ + 4Н⁺.

При наличии в воде цианидов происходит процесс их окисления озоном: NH2CONH2+O3 -+ N2+CO2+2H2O.

Озон окисляет двухвалентное железо и марганец: Мп²⁺+Оз+НгО Мп0г+0г+2Н⁺;

2Ғе²⁺+Оз+3 H₂O 2 Fe(OH)₃,

получаемое трехвалентное железо в виде гидроокиси выпадает в осадок.

Тетра этил свинца Pb(C₂ Н₅)4также окисляется:

РЬ(Сг Н₅)₄ + 20з^ PbO₂ +4СНзСНО.

Высокоактивные окислители атакуют органические соединения и приводят к полной их деструкции (в т.ч. нитратов, нитритов, гербицидов, ядохимикатов). Например, хлорфенол распадается в соответствии с реакцией:

C₆H₅OCI + 26ОН-26С^ 6СО₂+15Н₂О+НС1

Благодаря насыщению катодной камеры гидроксильными группами OH^- здесь получается щелочная вода, а анодной ионами водорода H⁺ - кислотная вода.

ВЫВОДЫ

Из всех рассмотренных видов очистки воды, обеззараживание воды методом электроактивацией позволяет очистить воду от бактерий, спор, грибков микроорганизмов за счет электрического воздействии направленного отклонения активности электронов в водной среде от равновесного состояния и снижают токсичность воды за счет высокоактивных восстановителией.

Список литературы:

1. Прилуцкий В.И. Электрохимически активированная вода: физико-химические свойства и механизм биологического действия. Активированная вода. Москва, ВНИИИМТ, 1996, № 3.
2. Розанов В.А. Алюминий и проблемы нейротоксичности. Вода и здоровье -98, материалы конференции. Одесса.: Астопринт, 1998.
3. Вредные вещества в промышленности / Справочник, т. 3, Неорганические элементоорганические соединения. - Л. .-Химия, 1997. - 290 с.
4. Галкина C., О пользе и вреде «минералки». Киев, газета «Здоровье, красота и спорт», №22(24), 2002г.
5. Висновок державной санитарно-гигиеной экспертизе МОЗ Украіни №5.10/5117 від 12.02.2002 р.
6. Висновок державной санитарно-гигиеной экспертизе МОЗ Украіни №5.03.02- 04/33309 від 18.08.2004 р.
7. Бондаренко Н.Ф. Электромагнитная гидрофизика и природные явления, - том 2. - СПб.: Гос. Аграр. Университет, 1995. - 250 с.
8. Куртов В.Д., Косинов Б.В. Электроактивированная вода, обогащенная кремнием, - источник молодости. - К.: НПФ «ЭкоВод», 2003. - 32 с.