Одна из главных экологических проблем человечества

Введение.
Одна из главных экологических проблем человечества - качество питьевой
воды, которая напрямую связана с состоянием здоровья населения,
экологической чистотой продуктов питания, с разрешением проблем
медицинского и социального характера.
По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) - 85% всех
заболеваний в мире передается водой. Ежегодно 25 миллионов человек
умирает от этих заболеваний.
Около 2/3 воды на территории Российской Федерации угрожает здоровью
населения или даже наносит организму людей непоправимый ущерб. «50%
питьевой воды в России не соответствует санитарно-гигиеническим
требованиям, а 15% — “вода просто ядовитая” – сказал спикер Госдумы
Борис Грызлов на совещании, посвященном проблемам воды в прошлом году.
В печати и на телевидении появляется множество статей и передач,
посвящённых качеству питьевой воды. Информации не только много, но
подчас она и противоречивая.
Целью данной работы стало исследование различных видов воды, доступных
для употребления в питьевых целях, анализ способов очистки воды, которые
предлагает промышленность, и освещённых в печати, экспериментальная
проверка доступными методами качества питьевой воды в нашем посёлке.
На основе проанализированного материала были сделаны выводы.
Глава 1. Какую воду полезно использовать для употребления человеку?
Ответ на такой вопрос не такой уж простой, как может показаться вначале.
Не будем затрагивать тему необходимости воды для человеческого
организма. Это достаточно освещено в материалах школьной программы по
химии и биологии и в популярной и научной литературе. Ограничимся лишь
фразой – без потребления воды человек не может существовать.
1
Что же такое вода?
Вода – самое распространенное в природе, но все еще до конца не изученное
вещество.
Вода – это соединение двух молекул водорода и одной кислорода. Также в
ней присутствуют лёгкие металлы (Na, Li, K, Mg, Ca) и тяжёлые металлы (Fe,
Mn, Cr, Zn, и другие), а также Ag, Au, P, S, I, радиоактивные элементы, газы,
кислоты, щелочи.
В воде содержатся различные бактерии – полезные и вредные для
человеческого организма - и определённое количество того, что в быту
называют грязью в воде (нерастворимая взвесь).
В идеальном варианте, казалось бы, человек должен употреблять стерильную
воду, очищенную от всех примесей, солей и бактерий.
Представим, что мы получили стерильную воду. В такой воде нет вредных
веществ и микроорганизмов. Является ли такая вода полноценной для нашего
употребления? Оказывается, нет. Ведь с водой организм должен получать
целый комплекс минеральных веществ, без которых человек рискует
столкнуться со многими неприятностями. В питьевой воде должны быть не
только фтор и йод, но и кальций, магний, железо, медь, цинк.
Но и это еще не все. Минерализация воды (количество растворенных в воде
солей) является неоднозначным параметром. Исследования, проведенные в
последние годы, показали неблагоприятное воздействие на организм человека
питьевой воды с минерализацией свыше 1500 мг/л и ниже 30-50 мг/л. Такая
питьевая вода плохо утоляет жажду, ухудшает работу желудка, нарушает
водно-солевой обмен в организме.
До недавнего времени на высокую минерализацию воды – жесткость –
обращали внимание лишь из-за ее влияния на пригодность воды для мытья
волос и стирки, а также на интенсивность образования накипи при кипячении
воды. Теперь, благодаря полученным научным данным, стало ясно, что
очистка воды необходима, т. к. жесткость питьевой воды имеет большое
значение для поддержания здоровья. Например, повышенное содержание
2
солей кальция и магния в воде способствует развитию атеросклероза,
мочекаменной болезни, вызывает нарушение обменных процессов.
С другой стороны, смертность от сердечно-сосудистых заболеваний на 2530% выше среди людей, употребляющих для питья мягкую воду,
содержащую менее 75 миллиграммов кальция и магия в литре воды.
Рассмотрим виды воды, которую можно получить для употребления, и
сделаем первые выводы.
Глава 2. Виды воды.
Какую же воду можно получить для употребления?
1.Питьевая вода из крана.
Мертвая вода, текущая из наших кранов, может вызвать только неприязнь.
Если вода мутная и ржавая, то лучше ее пропустить через фильтр для
очистки. А если вода чистая и прозрачная на вид? Является ли это гарантией
того, что в ней не содержится вредных примесей?
К сожалению, нет.
Если вы пьете воду из-под крана, то должны знать, что в ней есть
хлорорганические соединения, количество которых после процедуры
обеззараживании воды хлором достигает 300 мкг/л. Причем это количество не
зависит от начального уровня загрязнения воды, эти 300 мкг/л веществ
образуются в воде благодаря хлорированию. Быстрых последствий от
потребления такой питьевой воды, конечно, не будет, но в дальнейшем это
очень серьезно может сказаться на здоровье.
Дело в том, что при соединении органических веществ с хлором образуются
тригалометаны. Эти производные метана обладают выраженным
канцерогенным эффектом, что способствуют образованию раковых клеток.
При кипячении хлорированной воды в ней образуется сильнейший яд –
диоксин. Уменьшить содержание тригалометанов в воде можно, снизив
количество используемого хлора или заменив его другими
дезинфицирующими веществами, например, применяя гранулированный
активированный уголь для удаления образующихся при очистке воды
3
органических соединений. И, конечно, нужен более детальный контроль за
качеством питьевой воды.
Вывод. Качество воды из крана оставляет желать лучшего, но не надо
забывать, что на данный момент у нас в России хлорирование – самый
распространённый и дешёвый способ обеззараживания воды на
водозаборных станциях. Об этом разговор позже.
2.Дождевая вода.
Вода дождевая хорошо усваивается организмом и содержит минимальное
количество вредных примесей. Она способствует более качественному
перевариванию и усвоению пищи. Сохраняет влагу кожи и поддерживает ее в
равновесии.
Но все это относится к чистой дождевой воде. В нынешних условиях
обычная дождевая капля массой 50 мг, падая, промывает 16 л воздуха. А один
литр ее поглощает примеси, содержащиеся в 3000 л воздуха. Стало быть,
состав дождевой воды зависит и от того, над какой территорией образовалось
облако, насколько сильно загрязнена там атмосфера. Соединения серы и
азота, вступая в атмосфере в реакцию с водой, превращаются в кислоты и
выпадают на землю в виде так называемых кислотных дождей. При
нынешнем экологическом неблагополучии любой дождь можно назвать
«кислотным».
Вывод. Сейчас дождевую воду нельзя не только пить, но даже мыть в ней
голову и стирать белье.
3.Вода дистиллированная.
Известный и весьма популярный натуропат П. Брэгг после 50 лет пил
дистиллированную воду и советовал это делать другим. Он считал ее одним
из лечебных средств и подчеркивал: «Она не мертвая вода. Она наиболее
чистая вода, которую может пить человек. Дистиллированная вода помогает
растворять токсины, которые накапливаются в организме современного
цивилизованного человека, она проходит через почки, не оставляя там
неорганических остатков камней.
4
Это мягкая вода. Вымойте свои волосы в дистиллированной воде, и вы в этом
убедитесь».
Брэгг ошибался, превознося достоинства дистиллированной воды.
Одним и самым важным недостатком этой воды является ее чистота от
микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности организма. Она
способна разбалансировать работу организма. И относится это прежде всего к
костям, крепость которых зависит от количества кальция в крови. Не менее
важно и содержание в воде микроэлементов, обеспечивающих многие
функции организма, начиная от передачи импульсов в нервных клетках и
заканчивая построением новых клеток, передачей наследственной
информации. Можно было бы согласиться с возможностью употребления
дистиллированной воды на фоне активного питания овощами и фруктами (в
них много солей и микроэлементов). Действительно, тогда дистиллированная
вода будет выводить только излишки минеральных солей.
Вывод. Дистиллированную воду можно употреблять только совместно с
активными восстановителями солей и микроэлементов в организме, да и надо
помнить, что производство такой воды достаточно недешево.
4.Кипячёная вода.
Все мы с детства знаем, что сырую воду пить нельзя, но только кипяченую.
Кипячение используют для уничтожения органики (вирусов, бактерий,
микроорганизмов и др.), удаления хлора и других низкотемпературных газов
(радон, аммиак и др.). Кипячение действительно помогает в некоторой
степени очистить воду, однако данный процесс имеет ряд побочных
эффектов:
- при кипячении изменяется структура воды, т.е. она становится "мертвой",
поскольку происходит испарение кислорода. Чем больше мы кипятим воду,
тем больше погибает в ней патогенов, но тем более она становится
бесполезной для организма человека;
- поскольку при кипячении происходит испарение воды, то концентрация
солей в ней увеличивается. Они откладываются на стенках чайника в виде
5
накипи и извести и попадают в организм человека при последующем
потреблении воды из чайника.
Как известно, соли имеют тенденцию накапливаться в организме, что
приводит к самым различным заболеваниям, начиная от болезней суставов,
образования камней в почках и окаменения (цирроза) печени, и заканчивая
артериосклерозом, инфарктом и мн. др.
Кроме того, многие вирусы могут легко перенести кипячение воды,
поскольку для их уничтожения требуются намного более высокие
температуры.
Также заметим, что при кипячении воды удаляется только газообразный
хлор. В лабораторных исследованиях был подтвержден тот факт, что после
кипячения водопроводной воды образуется дополнительный хлороформ
(вызывает раковые заболевания), даже если перед кипячением воды была
освобождена от хлороформа продувкой инертным газом.
Простая кипяченая вода — мертвая, в ней нет ферментов, а минеральные
микроэлементы видоизменены.
И всё же как альтернативный вариант в печати предлагают следующее:
Если возникают сомнения в хорошем качестве водопроводной или ключевой
воды, то надо ее вскипятить, остудить и залить кислые ягоды — клюкву,
бруснику, облепиху, кожуру или сердцевину яблок и т. д. После того как вода
немного настоится, ее можно пить. Очень полезны также настои малины,
шиповника, черной смородины.
Вывод. После кипячения мы пьем "мертвую" воду, в которой присутствуют
мелкая взвесь и механические частицы, соли тяжелых металлов, хлор и
хлорорганика (хлороформ), вирусы и др.
5."Крещенская вода"
"Вода, набранная из любого источника в ночь на 19 января, в период времени
от 0 до 0.30 часов, не портится долгое время.
Проверкой этой весьма экзотической информации занялась одна из
московских лабораторий.
6
В указанное время из водопровода, речки, оврага были взяты стандартные
литровые пробы воды. Была взята также проба талой воды. Бактериальный
анализ водопроводной воды показал соответствие ее санитарным нормам 100 единиц сапрофитной микрофлоры на миллилитр и 3 кишечные палочки
на литр. Речная вода оказалась богаче жизнью - 106 единиц микрофлоры на
миллилитр. В феврале были взяты контрольные пробы. Вода хранилась в
обычных химических стаканах, прикрытых стеклами. Через месяц - в марте количество микрофлоры в январской воде стало в пределах единиц, в
контрольной пробе - более 500 на миллилитр.
Эффектным было изменение речной воды. Со временем количество
микроорганизмов постепенно снижалось, на дно осела мутная зелень. Вода
стала прозрачной, количество микрофлоры в ней обычными методами
исследований на обычных нейтральных средах не фиксировалось.
Опыты по выращиванию культур на питательных средах, приготовленных на
январской воде, показали угнетение их роста.
Январской и контрольной водой поили кроликов, предназначенных для
иммунизации. Этим кроликам вводят микроорганизмы, различные антигены,
в ответ на что кролики вырабатывают антитела.
Оказалось, что титр, который вырабатывали кролики, выпаиваемые январской
водой, был почти в 2,5 раза ниже, чем титр антител кроликов, выпаиваемых
обычной водой, что демонстрирует бактерицидные свойства январской воды.
Кроме того, было отмечено, что январская вода обладает существенно более
низкой испаряемостью. В стаканах с контрольной водой уровень постепенно
понижался, оставляя на стенках обычный неприятный зеленоватый налет.
Январская же вода практически не испарялась весьма продолжительное
время. К сожалению, это явление, а также другие физико-химические
свойства январской воды не исследовались в связи с чисто биологической
специализацией лаборатории"
"Предположение о том, что именно в это время Земля проходит какую-то
особую точку в пространстве, не дало никаких ключей к разгадке феномена.
7
Во-первых, полночь по московскому времени существенно не совпадает с
астрономической полночью долготы места Москвы. Во-вторых, вода,
набранная в Новосибирске в полночь по местному времени, обладает теми же
отличными свойствами. Остается предположить, что столь необычный
эффект создается самим актом отбора воды в определенное время человеком,
настроенным на эту процедуру, то есть говорит о влиянии на воду человека
как индуктора некоторого собственного воздействия"
(Максим Карпенко "Вселенная разумная")
Вывод. Трудно спорить с тем, что ещё не до конца изучено, но кто из вас не
набирал такую воду и не удивлялся её свойствам?
6.«Серебряная вода».
Уже давно установлено, что ионы серебра имеют бактериостатическое
и бактерицидное свойства.
Само серебро – тяжелый металл, причем не безобидный.
Роспотребнадзор РФ официально установил, что серебро в воде – также
опасно, как и свинец, кобальт, кадмий, мышьяк, цианид.
Серебро как типичный тяжелый металл медленно выводится из организма и
постоянно накапливается. При длительном накоплении серебра возможно
проявление признаков агрироза – отравления серебром.
При концентрациях 50-100 мкг/л ионы серебра обладают
бактериостатическим действием (т.е. способностью сдерживать рост и
размножение бактерий. Отметим, что бактериостазис - процесс обратимый и
после прекращения действующего фактора рост и размножение бактерий
возобновляются. Исключением является только случай длительного
бактериостатического воздействия).
Ионы серебра убивают отнюдь не все бактерии. Целый ряд
микроорганизмов, например, спорообразующие бактерии более устойчивы к
их воздействию. Также до конца не ясен вопрос о воздействии ионов серебра
на простейшие и вирусы. Этот факт, кстати, явился причиной определенного
разочарования в активированном угле с добавлением серебра.
8
Серебрение воды достаточно давно используется как бактериостатический
агент при длительном хранении питьевой воды, например, на морских судах,
во время космических полетов, в некоторых авиакомпаниях.
При хранении такой воды необходимо соблюдение некоторых условий. Вопервых, вода изначально должна быть хорошего микробиологического
качества. Во-вторых, должно быть исключено поступление в воду новых
бактерий, в-третьих, вода должна храниться в темноте, так как под действием
света возможно выпадение осадка и изменение ее цвета (соединения серебра
чувствительны к свету - это явление используется в фотографии).
В тех концентрациях, которые разрешены действующими нормативами
(а их соблюдение - закон) - 50 мкг/л по российскому СанПиН - серебро в воде
обладает в лучшем случае бактериостатическим эффектом, т.е. способно
притормозить рост бактерий. С этой точки зрения серебрение можно
использовать как способ продления срока хранения воды (при несоблюдении
правил хранения и в зависимости от концентрации соединений серебра
возможно выпадение осадка и изменение цвета воды).
Вывод. Посеребренную воду с содержанием ионов серебра в пределах
действующих нормативов можно считать безопасной. Вопрос о принятии
внутрь лишнего тяжелого металла, который в обычных условиях мы
получаем в ничтожных дозах - личный выбор каждого, при условии, что он
информирован о всех плюсах и минусах.
7.Вода из артезианских скважин и источников
Существует распространенное мнение относительно целебных свойств воды
из недр земли. Чем же она отличается от воды из минеральных источников
Северного Кавказа.
Оказывается, отличается, и очень значительно. Во-первых, глубиной
скважины. Артезианские скважины бурят до напорных вод. Глубина таких
скважин может быть различной: от 30-40м до 200-250 м. Но водоносные слои
с глубиной залегания менее 100 м уже нельзя считать безопасными в
бактериологическом отношении.
9
В населённом пункте, расположенном в прекрасной местности, лишенной
всяких признаков загрязнения, из-под земли может поступать вода,
совершенно непригодная для питья и даже опасная для жизни, в которой
концентрация солей железа, магния, фтора превосходит допустимые значения
в десятки раз. Причем концентрация солей в воде имеет тенденцию нарастать
при многолетнем пользовании водоносным слоем.
Вывод. Неплохой вариант для потребления. У нас в посёлке водоснабжение
осуществляется этим методом. Конечно, не везде вода такая чистая.
8.Родниковая вода.
Лучшая вода — это вода родников, но не всех, а протекающих по чистой
земле или по земле каменистой, которая лучше сохраняется от загнивания.
Хорошая вода в роднике, открытом солнцу и ветру, и в потоке, текущем по
глинистому руслу, поскольку глина очищает воду, забирает у нее
посторонние примеси, делает ее прозрачной. Но глина в русле должна быть
чистой, без примесей ила, соли и др.
Вывод. Это хороший вариант, но требующий доставки воды из подходящего
места, что не всем подходит, но многие в нашем посёлке, имеющие
транспорт, пользуются этим способом.
9.Колодезная вода.
Вода колодцев и подземных каналов хуже родниковой воды, так как состоит
из вод, в течение долгого времени смешанных с частицами земли и не
свободных от некоторой гнилости. Такая вода нередко имеет неприятную
особенность – темнеет в процессе соприкосновения с воздухом. Это окисляет
растворенное в воде свободное железо. Прозрачная, чистая вода, постояв в
кувшине 10-15 мин, становится бурой. Что и наблюдается в некоторых
посёлках нашего района.
Вывод. Этой водой приходится пользоваться, когда поблизости нет других
источников воды. Требуется основательная очистка воды, и, прежде всего, её
обезжелезивание.
10
10.Вода снеговая.
Снеговой водой также следует пользоваться с осторожностью из-за высокого
уровня загрязнения снега. В чистой снеговой воде содержится меньше
тяжелой воды, чем в обычной, взятой из реки или колодца.
Вывод. Путем экспериментов ученые установили, что снеговая вода — в
полном смысле слова вода «живая», но, несмотря на это, употребление не
рекомендуется в силу тех же причин, что и дождевая вода.
11.Талая вода
Вода талая очень полезна. По своей структуре она схожа с водой, входящей в
состав крови и клеток. Поэтому ее применение освобождает организм от
дополнительных энергетических затрат на структурирование воды. Она
эффективна при лечении атеросклероза, очищает организм от шлаков,
повышает его защитные силы, стимулирует механизмы размножения,
способствует омоложению организма.
Ученые считают, что благотворное влияние талой воды на живые организмы
кроется не только в том, что в ней меньше тяжелой фракции, но и в ее
структуре. Вода, образовавшаяся из растаявшего льда или снега, некоторое
время структурно, по своему строению, ближе к первоисточнику, чем к
обычной воде из реки или озера в жаркий летний день. Благодаря этому, она
более активно участвует в биохимических процессах, протекающих в живом
организме.
12.Бутилизированная питьевая вода.
Очень подходящий вариант. Насколько нам известно, многие жители городов
и посёлков используют этот вариант как альтернативу домашней очистке
воды. Но не стоит забывать, что этот способ не такой уж и дешёвый, да и не
всегда есть гарантия в качестве купленной воды в наше время, когда многое
подвергается подделке.
И отдельного разговора требует «святая» и «заговорённая» вода, а также
вода, приготовленная специально для лечебных целей.
11
Вот теперь можно уже сделать первые выводы:
1.Самая полезная вода – талая или протиевая.
2.Нежелательно использовать для питья кипячёную, дистиллированную,
снеговую воды.
3.Насчёт «крещенской» и освящённой воды пока нет строгой научной
теории, поэтому употребление этой воды – личное дело потребителя.
4.Рекомендуется употребление бутилизированной питьевой воды, но
изготовленной на лицензированных предприятиях.
5.Пить обычную водопроводную воду можно только после её вторичной, как
минимум, очистки.
Глава 3. Очистка воды.
Водоочистка предназначена для того, чтобы удалить из воды как
болезнетворные организмы, так и вредные химические вещества. Кроме того,
водоочистка воздействует на вкусовые свойства воды, делает жидкость
приятной на вкус. Традиционно для оценки чистоты воды в водном объекте
или в источнике водоснабжения, если речь идет о получении воды для питья,
используются физические, химические и санитарно-бактериологические
показатели.
К физическим показателям чистой воды относят температуру, запахи и
привкусы, цветность и мутность.
Химические показатели характеризуют химический состав воды. Обычно к
числу химических показателей относят жесткость воды (pH), минерализацию
(содержание растворенных солей), а также содержание главных ионов.
К санитарно-бактериологическим показателям относят общую
бактериальную загрязненность воды и загрязненность её кишечной палочкой,
содержание в воде токсичных и радиоактивных микрокомпонентов.
Общая классификация методов и способов очистки воды.
Методы очистки воды делятся на 4 группы:
12
1.Механические методы очистки воды являются наиболее дешёвыми и
применяются для выделения взвесей. Применяемые методы являются
предварительными этапами очистки воды, такими, как: процеживание,
фильтрование, отстаивание.
2.Химические методы очистки воды используются для нейтрализации в
сточных водах неорганических примесей. Сточные воды при обработке
реагентами проходят нейтрализацию растворённых соединений,
обесцвечивание и обеззараживание.
3.Физико-химические методы очистки воды используются для фильтрации
грубо- и мелко- дисперсионных частиц и для нейтрализации коллоидных
примесей и растворённых соединений, является высокопроизводительным
методом очистки воды.
4.Биологические методы очистки воды используются для нейтрализации
растворённых органических соединений. Метод использует способности
микроорганизмов разлагать растворимые органические соединения.
На сегодняшний день из общего объема сточных вод применяются
соответственно: к 68% - механические методы очистки воды, к 3% - физикохимические методы очистки воды и к 29% биологические методы очистки.
В дальнейшем будем рассматривать, в основном, механические и физикохимические методы.
В практике водоснабжения населенных пунктов водой питьевого качества
наиболее распространенными процессами водоочистки являются осветление
и обеззараживание. Помимо этого существуют специальные способы
улучшения качества воды:
- умягчение воды (устранение катионов жесткости воды); - обессоливание
воды (снижение общей минерализации воды); - обезжелезивание воды
(снижение концентрации солей железа в воде); - дегазация воды (удаление
растворенных в воде газов); - обезвреживание воды (удаление ядовитых
веществ из воды); - дезактивация воды (водоочистка от радиоактивных
загрязнений).
13
Из всех вышеописанных способов водоочистки в нашей стране широко
используется при подаче воды через водопровод в населенные пункты лишь
осветление и обеззараживание воды.
Глава 4. Осветление воды
Осветление - это этап водоочистки, в процессе которого происходит
устранение мутности воды путем снижения содержания в ней взвешенных
примесей. Мутность природной воды, особенно поверхностных источников в
паводковый период, может достигать 2000-2500 мг/л (при норме для воды
хозяйственно-питьевого назначения - не более 1500 мг/л).
Взвешенные в воде примеси обладают различной степенью дисперсности - от
грубых, быстро оседающих частиц, до мельчайших, образующих коллоидные
системы.
Тонкодисперсные коллоидные частицы, обладая одноименным
электрическим зарядом, взаимно отталкиваются и вследствие этого не могут
укрупняться и выпадать в осадок.
Одним из наиболее широко применяемых на практике способов снижения в
воде содержания тонкодисперсных примесей является их коагулирование
(осаждение в виде специальных комплексов - коагулянтов) с последующим
осаждением и фильтрованием. После осветления вода поступает в резервуары
чистой воды.
Используемые в практике водоснабжения технологические схемы
водоочистки способствуют значительному снижению бактериальной
загрязненности воды. Осветление фильтрованием с предварительным
коагулированием позволяет, как правило, снижать содержание в ней
микроорганизмов на 90-95%.
Однако среди оставшихся после водоочистки в воде микроорганизмов могут
оказаться и болезнетворные (бациллы брюшного тифа, туберкулёза и другие).
Для окончательного их уничтожения вода, предназначенная для
хозяйственно-бытовых целей, должна быть в обязательном порядке
подвергнута обеззараживанию.
14
Глава 5. Обеззараживание воды.
Обеззараживание - завершающий этап процесса водоочистки. Его цель - это
подавление жизнедеятельности содержащихся в воде болезнетворных
микробов. В настоящее время на объектах жилищно-коммунального
хозяйства для обеззараживания воды, как правило, применяется хлорирование
воды. В случаях же высокой мутности и цветности природных вод
целесообразно использование предварительного хлорирования воды. Однако
этот способ обеззараживания не только не достаточно эффективный, но для
нашего организма просто вредный. Хлором обеззараживают воду, поскольку
хлор — мощный окислитель, способный уничтожать болезнетворные
микроорганизмы. Однако в реках и озерах, откуда ведется водозабор,
присутствует множество веществ, попавших туда со сточными водами, и с
некоторыми из них хлор вступает в реакцию. В результате образуются
гораздо более неприятные соединения, чем сам хлор. Например, соединения
хлора с фенолом придают воде неприятный запах, влияют на печень и почки,
в малых концентрациях не очень опасны. Однако возможны соединения
хлора с бензолом, толуолом, бензином, с образованием диоксина,
хлороформа, хлортолуола и других канцерогенных веществ.
Обеззараживать воду без хлора экономически нецелесообразно, поскольку
альтернативные методы обеззараживания воды, связанные с использованием
серебра для этой цели, дорогие.
Более современной процедурой обеззараживания воды считается очищение
воды с помощью озона. Действительно, озонирование воды безопаснее
хлорирования, но тоже имеет свои недостатки. Озон очень нестоек и быстро
разрушается, поэтому его бактерицидное действие непродолжительно.
А ведь вода должна еще пройти через водопроводную систему, прежде чем
оказаться в нашей квартире. На этом пути ее поджидает немало
неприятностей. Ведь не секрет, что водопроводы в российских городах
крайне изношены.
15
Кроме того, озон, как и продукты его взаимодействия с хлорорганикой,
ядовитый, поэтому присутствие больших концентраций хлорорганики на
стадии водоочистки может быть чрезвычайно вредным и опасным для
организма. Метод озонирования воды очень хорошо зарекомендовал себя для
обработки больших масс воды – в бассейнах, в системах коллективного
пользования, т.е. там, где нужно более тщательное обеззараживание воды.
Другой интересный метод - обеззараживать воду с помощью
ультрафиолетового излучения. Но этот метод также не дешёвый. Он сейчас
внедряется в Петербурге, и есть надежда, что через несколько лет проблемы,
связанные с применением хлора, фтора и озона, уйдут в прошлое.
Из специальных способов водоочистки наиболее часто применяют
обессоливание воды. Масштабы использования воды на питьевые и
технические нужды таковы, что в практику водоснабжения все более активно
внедряются технологические схемы очистки воды, позволяющие
использовать водную среду природных источников, имеющую повышенное
солесодержание. При этом к наиболее распространенным способам
обессоливания воды относят дистилляцию, электродиализ и ионный обмен.
Как мы видим, выбор не богат. Поэтому всё настойчивей рекомендуют
производить как минимум вторичную очистку воды уже в бытовых условиях.
Вот с этим мы и будем знакомиться в следующих главах..
Глава 6. Очистка воды в нашем посёлке и школе.
В этой главе мы хотим рассмотреть 2 вопроса:
1.Водоснабжение и водоочистка в нашем посёлке.
2. Система обеззараживания воды для питья и
приготовления пищи в нашей школе.
Наш посёлок обеспечивается подземной водой из
трёх артезианских скважин. Вода поступает в водонапорную башню и
16
заполняет бак, проходя предварительную фильтрацию через сетчатый фильтр.
В результате вода очищается от взвешенных примесей.
Хлорирование воды постоянно не применяется, а проводится лишь 2 раза в
году для дезинфекции бака.
Глубина скважин 285, 80 и 90 метров. Этого достаточно для того, чтобы вода
была чистой. По анализам Санэпидемстанции, вода по чистоте близка к
родниковой, а по составу – к минеральной воде.
Ещё недалеко то время, когда из посёлка в качестве небольшого приятного
подарка родственникам в город многие привозили в банках и бутылках нашу
воду.
Из бака вода проходит через системы труб и доходит до потребителя.
Вот в это время в воде появляется мусор и излишки солей, что мы уже
наблюдаем в посуде как осадок и налёты на стенках после кипения и
испарения воды.
Мы, как потребители, получаем далеко не идеальную воду для потребления.
Значит, приходится заниматься дополнительной очисткой воды.
1. В прошлом году, благодаря помощи депутата Чернобук Н.И. у нас в
школе появилась система очистки питьевой воды «Радуга М».
В этой системе предусмотрены 2 способа
очистки воды: осветление и обеззараживание.
.
Для осветления воды применяется фильтр проточного действия
17
Для обеззараживания применяется система УФЛ излучения «Овод-1».
Так что в школе для питья и приготовления пищи в столовую подаётся вода,
соответствующая гигиеническим нормативам (СанПиН, МДУ, ПДК и др.)
Глава 7. Очистка воды в домашних условиях.
Способов вторичной очистки воды существует множество, но для удобства
мы разделим их на 2 группы.
1. Различные способы очистки, которые можно применять дома.
2. Различные системы очистки, предлагаемые нашей промышленностью.
1. Очистка воды кипячением.
Кипячёная вода, как уже было сказано ранее, не лучший вариант для
использования. После кипячения необходимо систематически очищать
стенки сосуда.
Но этот способ еще достаточно широко используется.
2. Серебрение воды. Способ эффективный, дешёвый и доступный.
3.Отстаивание воды.
Воду оставляют в ведре на несколько часов.
Без перемешивания осветляется вода и частично выводится хлор. Как
правило, для этого водопроводную воду наливают в большое ведро, где
удаление газообразного хлора происходит примерно с 1/3 глубины от
поверхности воды, поэтому для получения сколь - либо заметного эффекта
необходимо следовать специально разработанным методикам отстаивания.
Эффективность данного способа очистки воды оставляет желать лучшего.
После отстаивания необходимо кипятить воду.
18
3.Получение талой воды.
Один из самых доступных и бесплатных способов, дающих достаточно
идеальную во всех отношениях воду, – это получение талой или
протиевой воды.
О пользе этой воды уже было сказано.
Данный способ применяют для эффективной очистки воды с помощью ее
перекристаллизации. Он намного эффективнее кипячения и даже перегонки,
поскольку фенол, хлорфенолы и легкая хлорорганика (ряд хлоросодержащих
соединений - страшнейший яд) перегоняются вместе с водяным паром.
Способ основывается на законе, согласно которому при замерзании жидкости
сначала в наиболее холодном месте кристаллизуется основное вещество, а уж
в последнюю очередь в наименее холодном месте затвердевает всё, что было
растворено в основном веществе.
Данное явление можно наблюдать на примере свечи. В потухшей свече
подальше от фитиля получается чистый прозрачный парафин, а в середине,
где горел фитиль, собирается сажа, и воск получается грязным).
Этому закону подчиняются все жидкие вещества. Главное здесь - обеспечить
медленное замораживание воды.
Остановимся подробнее на трёх способах, предлагаемых в различной
литературе.
1 способ. Налить в эмалированную кастрюлю холодную воду и поставить её в
морозильную камеру. Когда вода наполовину замёрзнет, лёд вынуть, а
оставшуюся воду слить (в ней избыток солей). Лёд растопить и использовать
для питья и лечения.
2 способ. Этот способ более сложный. Точно так же, как и в первом случае,
нужно налить воду в кастрюлю. Когда поверхность и стенки кастрюли
покроются корочкой льда, его следует собрать и выбросить. Кастрюлю вновь
поставить в морозильную камеру. Когда вода замёрзнет на 2/3, незамёрзшую
воду слить.
19
Лёд, оставшийся в кастрюле – это протиевая вода, очищенная от вредных
примесей.
3 способ. Для получения талой воды достаточно воду из-под крана нагреть в
открытой посуде до появления первого большого пузырька, снять с огня,
кастрюлю плотно закрыть крышкой и поставить под струю холодной воды до
полного охлаждения.
Воду можно не кипятить, а сразу поставить в холодильную камеру или на
балкон (в зимний период). Сначала замерзнет вода, содержащая механические
примеси — песчинки, частички глины и т. п. Поэтому через 4—5 ч нужно
вынуть посуду с водой из морозильной камеры, освободить ее ото льда и
поставить обратно в морозильную камеру на 10-12 ч.
Затем следует, подержав посуду немного при комнатной температуре, извлечь
из нее лед, а содержащиеся в центре куска льда вредные вещества смыть
струей воды. ( Если внимательно посмотреть на кусок получившегося льда,
можно заметить, что на его поверхности в центре образуется мутный
желтоватый «островок». Вот его то и необходимо смыть.)
При замораживании вода вытесняет из своей структуры вредные примеси.
Остаток воды необходимо разморозить до такого состояния, чтобы в ней
плавали льдинки, и в таком виде ее можно применять. Эту воду можно
держать в холодильнике или в другом месте при 10 °С от 2 до 10 суток.
В печати последнее время чаще предлагают третий из этих способов, но в
качестве сосудов предлагают использовать хорошо обработанные бутылки от
напитков ёмкостью 1,5 – 3 литра.
5. Способы очистки воды, предлагаемые промышленностью.
Способов достаточно много. Они различаются лишь степенью очистки,
конструкцией, принципом действия, и, конечно же, ценой.
Рассмотрим основные способы.
А.Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами. Данный метод
основан на способности ультрафиолетового излучения с определенной
20
длиной волны губительно действовать на ферментные системы бактерий,
вызывая их гибель. Качественной особенностью этого метода является то,
что не происходит введения никаких химических соединений, а значит,
вода не меняет своих физических, химических и вкусовых свойств. При
этом уничтожается 99,99% всех микроорганизмов.
В качестве источника излучения используются ртутные лампы,
изготовленные из кварцевого песка.
Метод не требует сложного оборудования и легко может применяться в
бытовых комплексах водоподготовки в частных домах.
Производится огромный ассортимент ультрафиолетовых стерилизаторов
различной мощности и назначения. Возможна обработка только питьевой
воды или всего потока, поступающего в дом или квартиру. При среднем
уровне потребления воды, для нужд одной семьи достаточно приобрести
устройство с лампой мощностью 40 Ватт.
Существуют стерилизаторы, оборудованные специальной автоматикой,
следящей за производительностью системы.
Простой, эффективный и недорогой метод обеззараживания воды.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ ЛАМПЫ (СТЕРИЛИЗАТОРЫ)
В. Ультразвуковая обработка воды.
Колебания среды с частотами, превышающими 20 000 Гц, называются
ультразвуковыми. При распространении ультразвука в воде, вокруг
объектов, находящихся в ней и имеющих другую плотность, возникают
21
микроскопические области очень высокого давления (десятки тысяч
атмосфер), сменяющегося высоким разрежением. Это явление называют
ультразвуковой кавитацией. Никакой микроорганизм не способен
выдержать такие воздействия и происходит механическое разрушение
бактерий.
В настоящее время этот способ еще не нашел достаточного применения в
системах очистки воды, хотя в медицине он широко используется для
дезинфекции инструментария и т.п. в так называемых ультразвуковых
мойках.
С.Очистка воды с помощью фильтров.
Различают несколько разновидностей фильтров.
1.Фильтры периодического действия
Наиболее распространенный тип сорбционных фильтров являются фильтры
периодического действия, или, как их еще называют, фильтры-кувшины.
Они самые простые в эксплуатации: воду наливают в воронку
фильтра-кувшина, потом она под действием силы тяжести
проходит через фильтрующий модуль и попадает в приемную
емкость.
Фильтры-кувшины не нужно устанавливать, они не требуют места под
раковиной, дешево стоят и обеспечивают достаточно высокую степень
очистки. Применение таких фильтров возможно даже в тех местах, где нет
водопровода, поэтому вы без труда сможете пользоваться им на даче или в
офисе.
Кроме того, такой фильтр можно использовать для хранения чистой воды.
Несмотря на простоту, такие фильтры очень хорошо очищают воду: от
хлора и фенола - на 95-99%, от хлороформа и токсичных металлов - на
80-90%.
Кувшины отличаются объемом воды, которая может в них поместиться
(обычно 1-2 л, но может быть и 4-5 л), и ресурсом сменных модулей (от 100
22
до 400 л). Столь малый, по сравнению с другими разновидностями фильтров,
ресурс объясняется очень просто. Через фильтры, подключающиеся к
водопроводу, вода проходит под достаточно большим давлением, которое
обеспечивает водопровод. Через кувшин же - лишь под собственным весом
(действием силы тяжести). Следовательно, в модуль "напорного" фильтра
можно положить больше сорбента (отсюда и больше ресурс), вода все равно
"продавится" через него. Плотность же засыпки модулей для кувшина гораздо
меньше, т. к. иначе вода не сможет протечь через модуль (отсюда и маленькие
ресурсы).
Первые фильтры-кувшины российского производства появились около десяти
лет назад. Сменные кассеты фильтров имеют много модификаций. Есть
кассеты для жесткой воды, для мягкой воды, бактерицидные и даже для
фторирования.
Основным минусом фильтров-кувшинов является достаточно низкая скорость
фильтрации. Чтобы наполнить водой, к примеру, чайник, надо подождать 3-5
мин. Покупка такого фильтра обойдется в 350-1200 рублей. Но не стоит
забывать, что в течение всего срока эксплуатации вы будете периодически
покупать сменные картриджи, что несколько увеличивает общие затраты по
использованию такого фильтра.
2.Проточные фильтры.
Проточные фильтры делятся на три класса: насадки на кран; фильтры,
подсоединяемые к крану во время фильтрации, и стационарные фильтры,
встраиваемые в водопровод.
Насадки на кран имеют небольшую скорость фильтрации (примерно стакан
в минуту).
Принцип их действия практически не отличается от
фильтров периодического действия. Разница лишь в
том, что из-за малых размеров в таких моделях
невозможно установить несколько фильтрующих
23
модулей последовательно, поэтому, как правило, применяется
комбинированный картридж. При этом менять его приходится чаще, да и
качество воды несколько отличается.
Стоимость таких моделей составляет 300-900 рублей, но и в этом случае не
обойтись без дополнительных затрат на покупку картриджа. Да плюс
некоторое неудобство в связи с необходимостью часто снимать и одевать на
кран, зато в остальное время фильтр может храниться где угодно.
Фильтры, подсоединяемые к крану на время фильтрации, крепятся к
крану только на время фильтрации (как и насадки), но одеваются не на кран, а
подсоединяются к нему (к примеру, гибким шлангом). Они имеют заметно
больший ресурс (несколько тысяч литров) и более высокую скорость
фильтрации (около полутора литров в минуту), стоят дороже, чем насадки на
кран и фильтры-кувшины.
Кроме сорбционной технологии в таких моделях может
использоваться метод электрохимической очистки
воды. Вода подвергается воздействию электрического
поля напряженностью несколько миллионов вольт на
сантиметр, в котором микроорганизмы и вредные органические вещества
подвергаются окислительно-восстановительному разрушению, а ионы
тяжелых металлов нейтрализуются и выводятся в слив вместе с небольшим
количеством воды. Органические вещества практически полностью
окисляются, уничтожаются микроорганизмы (обеззараживание на 99,9%) и
удаляются ионы тяжелых металлов (на 70-78%) и нитраты (на 75-90%). При
этом происходит ослабление водородных связей между молекулами воды, что
придает воде биологическую активность.
Одни из самых сложных систем - это стационарные проточные фильтры.
Их "врезают" непосредственно в водопровод и располагают чаще всего под
мойкой. Стационарные фильтры могут быть оснащены сразу несколькими
картриджами, имеют на выходе собственный кран, который находится рядом
24
с обычным. Из одного крана вы набираете воду для питья и готовки, а из
другого - для хозяйственных нужд.
3. Обратный осмос
Все более популярными становятся стационарные фильтры, работающие
по принципу обратного осмоса. В таких фильтрах имеется специальная
мембрана, а движение воды через нее из более концентрированного раствора
в направление менее концентрированного. В процессе
обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества
разделяются на молекулярном уровне, при этом с
одной стороны мембраны накапливается чистая вода, а
все загрязнения остаются по другую ее сторону.
В системах обратного осмоса бытового назначения давление входной воды
на мембрану соответствует давлению воды в трубопроводе.
В случае если давление возрастает, поток воды через мембрану также
возрастает. Повышение давления на входе не приводит к росту содержания
солей в воде после мембраны. Наоборот, большее давление воды не только
увеличивает производительность мембраны, но и улучшает качество очистки.
Другими словами, чем выше давление воды на мембране, тем больше чистой
воды лучшего качества можно получить. Однако в процессе очищения воды
концентрация солей со стороны входа возрастает, из-за чего мембрана может
засориться и перестать работать. Для предотвращения этого вдоль мембраны
создается принудительный поток воды, смывающий "рассол" в дренаж.
Эффективность процесса обратного осмоса в отношении различных примесей
и растворенных веществ зависит от ряда факторов: давление, температура,
уровень рН, материал, из которого изготовлена мембрана, и химический
состав входной воды, влияют на эффективность работы системы обратного
осмоса. Степень очистки воды в таких фильтрах составляет по большинству
неорганических элементов 85%-98%. Органические вещества с
молекулярным весом более 100-200 удаляются полностью; а с меньшим 25
могут проникать через мембрану в незначительных количествах. Однако
производители утверждают, что большой размер вирусов и бактерий
практически исключает вероятность их проникновения через мембрану. В то
же время мембрана пропускает растворенные в воде кислород и другие газы,
определяющие ее вкус. Получаемая таким образом вода близка к талой воде
ледников - эталону экологической чистоты и безопасности для человека.
Несмотря на свои достоинства, осмотические фильтры нравятся не всем.
Главный вопрос: "Хорошо ли, когда вода идеально чистая? Ведь в ней нет
микроэлементов". Отвечая на это, одни производители говорят о том, что
необходимые микроэлементы человек получает не из воды, а вместе с
продуктами питания, ведь, чтобы удовлетворить ежедневную потребность, к
примеру, в калии, нужно выпить 150 л воды,
а в фосфоре - 1000 л; другие разрабатывают специальные минерализаторы,
чтобы вода после очистки фильтром становилась не только чистой, но и
«живой», т. е. полноценной для употребления.
Такие установки имеют большой ресурс (4000 - 15000 л) и высокую скорость
фильтрации (1,5-3 л/мин).
Эти фильтры дорого стоят – от 4500 рублей, а также требуют достаточно много места под
раковиной.
Общие выводы: Изучение рекламы фильтров привело к таким выводам.
1.Воду достаточно хорошего качества дают фильтры – кувшины.
Это самый дешёвый из фильтров – его цена от 350 рублей.
Недостатки – малая производительность и смена картриджей каждые 3
месяца.
2.Проточные фильтры более дорогие – от 800 рублей.
26
Недостатки – чем более дешёвые фильтры, тем чаще требуется их
промывать. Также требуется врезка фильтров в систему – дополнительные
растраты.
4. Мембранные методы.
Современные технологии позволяют изготавливать объемные или плоские
фильтрующие материалы с однородными каналами практически любого
размера.
Мембранный метод основан на пропускании загрязненного раствора через
полупроницаемую перегородку с отверстиями меньшими, чем размер частиц
загрязнений.
Мембранные процессы включают в себя:
макрофильтрацию;
микрофильтрацию;
ультрафильтрацию;
нанофильтрацию;
обратный осмос.
Макрофильтрация – это механическая фильтрация с удалением крупных
видимых твердых частиц с размером пор 1-100 мкм. Как правило,
осуществляется на металлических и полимерных сетках различного типа с
регенерацией обратным током очищенной воды.
Микрофильтрация удаляет мелкие взвеси и коллоидные частицы,
микроорганизмы(бактерии) с размером 0,1-1,0 мкм, определяемые как
мутность или опалесценция раствора. Рабочее давление от 1,0 до 2,0 атм.
Ультрафильтрация извлекает из воды коллоидные частицы, микроорганизмы
(бактерии и вирусы), крупные органические макромолекулы, определяющие
цветность воды, имеющие размер 0,01-0,1 мкм.
Обратный осмос или нанофильтрация очень близки по механизму
разделения, схеме организации процесса, рабочему давлению, мембранам и
оборудованию.
27
Обратный осмос характеризуется использованием мембран с минимальным
размером пор, соизмеримым с размером одиночных ионов, поэтому
извлекаются все растворенные ионы и органические молекулы.
Эффективность удаления методом обратного осмоса различных ионов
зависит от их заряда и размера.
Однако использование обратного осмоса имеет ряд ограничений. Вода,
подаваемая на мембраны, не должна содержать железа, грубых механических
примесей, должна быть умягченной и т.п. Это необходимо для
предотвращения отложения малорастворимых солей на поверхности мембран
и их разрушения.
Нанофильтрация удаляет молекулы и многозарядные ионы, имеющие размер
от 0,001 до 0,01 мкм, органические молекулы и все вирусы.
Нанофильтрация способна удалять ионы с зарядом больше 1, а однозарядные
пропускать – извлечение NaCl составляет менее 50%. Извлечение по
двухзарядным катионам и анионам высокая, например, при фильтрации
раствора MgSO4 извлечение составляет 98-99%. Тяжелые металлы удаляются
практически полностью. В результате степень обессоливания ниже, чем при
обратном осмосе, но фильтрат почти не содержит солей жесткости, т.е.
происходит умягчение воды и обеспечивается снижение цветности и
окисляемости.
Мембранные горизонтальные и вертикальные
очистители воды стоят от 800 рублей, в зависимости от
производительности.
Выбор фильтров оставим за потребителями.
Глава 8. Экспериментальное исследование очистки воды.
В процессе написания работы были проведены эксперименты, результаты
которых хочется изложить.
Эксперименты проводились по направлениям:
28
1.Исследование воды на наличие взвешенных примесей.
2.Исследование воды на наличие солей.
3.Сравнение полученных профильтрованной и талой вод с водопроводной.
1.С помощью микроскопа мне удалось рассмотреть, а
затем и сфотографировать взвешенные частички в
воде из крана. ( фото 1).
Фото 1.
2.По описанным технологиям удалось получить талую воду (третьим
способом).
3.С помощью фильтра-кувшина была получена очищенная вода.
4.После кипячения воды из крана на стенках пробирки появилось
небольшое количество налёта. Сравнив с налётом, который оставался после
кипячения талой и профильтрованной воды, сделали вывод, что в воде из
крана присутствует небольшой излишек солей, что мы проверили в школе
химическим способом.
5.Чтобы проверить воду на наличие вирусов и микробов, пробирки с
упомянутыми водами были поставлены в тёплое и светлоё место,
рассчитывая на то, что вода c достаточным
количеством бактерий слегка позеленеет.
Прошло уже 1,5 месяца, а во всех трёх
пробирках вода осталась чистой.
Более точные эксперименты вызвали технические и материальные сложности.
8.Аналогичные эксперименты были проведены с водой, взятой из питьевого
крана в школе.
29
Эти доступные эксперименты показали, что вода в нашем посёлке чистая,
количество вирусов минимальное. Есть небольшой избыток солей и их
количество уменьшилось в профильтрованной и талой водах, полученных в
домашних условиях., и в воде, очищенной для употребления, в школе.
Эти результаты подтвердил глава местной администрации Ю.Н.Макаров,
предоставив сведения Санэпидемстанции о качестве воды в посёлке.
6.Проверили «крещенскую воду», оставшуюся с прошлого года. Вода
осталась чистой, лишь появился небольшой осадок.
7.Пробовали дополнительно получить «живую» и «мертвую» воду с помощью
электролиза. «Живую» воду получить удалось (проверили с помощью
лакмусовой бумаги), а с получением «мёртвой» воды столкнулись с
проблемой: как сделать, чтобы получающийся водород оставался в воде.
Опыт по получению «живой» и «мёртвой» воды.
Заключение.
В работе мы проанализировали информацию, полученную из источников, по
темам: различные виды воды для потребления человеком, их польза и вред
для потребителей, назначение и способы водоочистки, способы очистки воды
в домашних условиях.
Простыми и доступными способами экспериментально проверили качество
воды в нашем посёлке и методику получения талой воды.
Уверены, что материал, изложенный в данной работе, вызовет интерес и
заставит задуматься: как сделать дома воду пригодной для питья.
30
11.Использованные источники информации.
1.Большая энциклопедия народной медицины. Москва. «ЭЛСМО».2007.
2.Кладовые природы. Санкт-Петербург. «Весь».2007.
3. Материалы сайтов:
www.o8ode.ru, www.conspekt.info, www.waterclear.ru, www.aquafilter.ru,
www.at-water.ru, www.ekodar.ru, www.aquaphor.ru, www.at-water.ru,
www.aqualiving.ru.
31