Универсальный растворитель

     Природа в свойственной ей манере давно придумала способ очистки воды от растворенных веществ и твердых частиц. Артезианские воды, проходя в процессе всемирного круговорота через толщу пористых горных пород, фильтруются, нормализуются по химическому составу и освобождаются от патогенов. Только вот глубины залегания подобной «живой воды» исчисляются десятками, а порой и сотнями метров, что ограничивает повсеместное бурение скважин для ее добычи. Злую шутку может сыграть ее растворяющая способность – все ближайшие залежи минеральных соединений обязательно обнаружат себя в ходе химического анализа артезианской воды.

Нередко в сельской местности можно наблюдать бытовые чайники, «внутренности» которых покрыты толстым слоем бурых оксидов железа, – следствие использования неочищенной артезианской воды. А ведь это отличный «корм» для железобактерий, покрывающих трубы изнутри неприятной бурой слизью из продуктов собственной жизнедеятельности. При этом вода с примесью железа из скважины может быть и на вкус приятна, и прозрачна как слеза. Единственным весомым достоинством воды с глубоких горизонтов залегания является постоянство состава, так как он почти не зависит от сезонных колебаний уровня воды и её мутности.

Фактически серьезные проблемы с состоянием воды начинаются на этапе колодца, когда глубина расположения водоносного горизонта соответствует дну реки, озера или ручья. Порой даже инфильтрационный порог, состоящий из песчаных пород, не в состоянии удержать твердые частицы и растворенные в воде вещества. К тому же, колодезная вода очень чувствительна к весеннему разливу и соседству с источниками бытового загрязнения, а осенью-зимой может внезапно пропасть из-за общего снижения уровня воды в питающем водоеме. Говорить о чистоте поверхностных вод, представленных в виде рек, озер и ручьев, не имеет смысла – мало кто в здравом уме станет в пищевых целях использовать подобную муть.

Банальное выражение о таблице Менделеева, «растворенной» в природных водах близ крупных населенных пунктов, имеет под собой основание, но вот специалисты в первую очередь анализируют не наличие тех или иных элементов, а определяют целый ряд конкретных сложных веществ и комплекс косвенных признаков загрязнения. Например, низкая концентрация растворенного кислорода обычно сообщает о серьезном органическом загрязнении воды. Вещества изымают кислород из оборота, используя его для собственного окисления, что естественно вызывает гипоксию у водных обитателей, – хорошо, если в таком озере будет жить карась. Соединения азота и фосфора, фтор, тяжелые металлы и ещё уйма параметров, в том числе наличие патогенных микробов, приходится держать под контролем в аналитических лабораториях предприятий водоподготовки. И это еще не касаясь «букета» органолептических показателей – вкуса, запаха, цвета, мутности и др.

Какая же должна быть питьевая вода на выходе к потребителю? Для начала хорошая новость – в нашей стране вся вода, поступающая в жилые помещения, относится к разряду чистой питьевой. В этой воде не должно быть кишечной палочки Escherichia coli и её ближайших «коллег» - колифагов, лямблий, клостридий и прочей нечисти. В плане радиационного загрязнения могут лишь прослеживаться минимальные значения бета- и альфа-радиоактивности, которые даже ниже естественного излучения человеческого тела. Но это теория, тесно связанная с санитарно-эпидемиологическими нормами нашей страны, а жестокая практика сталкивает мирных жителей с индивидуальными особенностями водоочистки, изношенными трубопроводами и неизбежным вторичным загрязнением воды. Соответствие СанПиНам – минимально необходимый уровень чистоты, ниже которого вода становится опасной для здоровья. Некоторые примеси вообще не считают должными исключать – так питьевая вода на этапе очистки зачастую не избавляется от солей жесткости, наличие которых портит вкус, а еще чайники – известковым налетом. Транзитом через муниципальные системы водоочистки проходят тяжелые металлы и некоторые азотные соединения. Все это вместе с песком, бурыми окисями железа, а также массой соединений, используемых для непосредственной очистки воды (алюминий, активный хлор), сделало фильтрацию воды привычным навыком любого жителя. Это не так сложно, ведь всего 8-10 литров воды в день средняя семья использует в пищу, а остальные 690 – в технических целях.

Некоторые примеси вообще не считают должными исключать. Фото: www.thetrustedplumber.com

Внешне простой процесс на поверку оказывается сложной механикой очистки, беззвучно сортирующей наполнение воды внутри фильтра. Первым видом фильтрации выступает сорбция, когда специальный материал – сорбент – поглощает нежелательные примеси из воды. С сорбентом все наверняка встречались, принимая внутрь пару-тройку таблеток активированного угля в случае подозрений на отравление. В свое время подобный уголь спас сотни тысяч жизней, будучи утрамбованным в индивидуальные противогазы солдат Первой Мировой войны. Боевые газы тех времен отлично сорбировались в микроскопических порах активированного угля, позволяя бойцу дышать полной грудью даже в облаке хлора. Однако сейчас замечательных свойств волшебного угля и ему подобных стало недостаточно – ионы тяжелых металлов, ряд органических соединений, нитраты с нитритами, минеральные соли, а также вирусы и часть бактерий могут остаться даже после самой тщательной сорбционной водоочистки. И разнообразие сорбционных систем очистки на полках магазинов ситуацию не спасает – ни кувшинный фильтр, ни насадка на кран, ни даже дорогой многоступенчатый фильтр с отдельным краном для питьевой воды не могут обезопасить воду на молекулярном уровне.

Фото: kaninstudio, www.posters.cz

Выход нашелся в мембранных технологиях, основанных на создании непреодолимого барьера на пути веществ, не относящихся к типу H₂O. Тончайшие пленки, собранные в рулоны, способны к уникальной микрофильтрации – не пропускать даже случайно попавшие в воду вирусы. Настоящим хайтеком в индустрии бытовой водоочистки стал способ с привлечением обратного осмоса, который мы помним ещё из школьного курса физики. Идея и проста, и сложна одновременно. Специальная мембрана, проницаемая только для воды, пропускает её из менее насыщенного солями раствора в раствор, богатый подобными солями, – это и есть явление осмоса. Если давление в насыщенном солями растворе увеличить, то вода пойдет в обратном направлении, то есть из насыщенного в бедный солями раствор. Чувствуете, о чем идет речь? Это же отличный механизм молекулярной очистки воды, причем таким образом можно даже море превратить в пресный водоем. И обратноосмотические установки уже завоевали мир – они используются в пищевом производстве для повышения концентрации соков, стерилизуют воду для медицины и перерабатывают бытовые стоки до класса чистой питьевой воды на гигантских круизных лайнерах.

Одна из причин, почему у каждого на кухне не установлен обратноосмотический фильтр, – распространенное убеждение о вредности дистиллированной воды для человеческого организма. Адепты этой версии забывают добавить, что для хотя бы минимального вреда здоровью необходимо пить исключительно чистый H₂O, не получая никаких солей с пищей, даже из краюхи хлеба. И это далеко не теория – американец Поль Брэгг пятьдесят лет пил только обессоленную очищенную воду и подвел итоги эксперимента несколькими фразами: «Это не мертвая вода. Это 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 в виде камней. Это мягкая вода. Вымойте свои волосы в дистиллированной воде, и вы в этом убедитесь». Вторым препятствием становится миф о высокой стоимости бытовых установок обратного осмоса и очевидной выгоде бутилированной воды. Раскроем секрет: вся чистая вода в бутылках проходит через промышленные обратноосмотические фильтры! Только в магазине цена бутилированной воды будет неизбежно расти, а домашняя станция очистки уже на второй год работы поставит семье из трех человек идеальную воду по 80 копеек за литр. Причем современные модели способны после полной деминерализации точечно насыщать воду полезными микроэлементами, создавая безопасный для человека «коктейль».

Поль Брэгг. Фото: autogear.ru

Вода многие тысячелетия была для человека чем-то сакральным и непостижимым, оставившим отпечаток даже на нашем современном сознании. Из этого вытекает третья проблема, связанная с множеством псевдонаучных воззрений. Итак, краткий словарик мифов для критично мыслящего человека: структурированная вода, живая и мертвая вода, очищенная от информационного загрязнения вода, простимулированная электрическим током вода, омагниченная вода и, наконец (фанфары в студию), водородная вода! Весь этот перечень бреда, распространяемого за деньги и зачастую с серьезными сертификатами соответствия всем самым строгим в мире требованиям безопасности, является грустным отражением нашего собственного отношения к бесценному ресурсу человеческой жизни – воде.

С плохим качеством воды связано немало болезней, включая диарейные, от которых в мире ежегодно умирает 2 млн человек. Причинами становятся бактерии, вирусы, паразиты и насекомые – переносчики инфекций. А еще – опасные химические элементы. О них и поговорим.

В регионах с избытком в воде фтористых соединений у многих начинаются проблемы с зубами. На эмали появляются белые или желто-коричневые пятна, и называется это заболевание флюороз. По СанПиНам, концентрация фтора в питьевой воде не должна превышать 1,5 мг/л. Даже при таком невысоком уровне флюороз все-таки может развиваться у некоторых людей, особенно в жарком климате, когда пить хочется больше. При этом если фтора меньше 1 мг/л, возможен кариес. А если фтора в воде слишком много, он может испортить не только зубы, но и кости. Обычно флюороз проявляется у детей до 6 лет, но если концентрация фтора в воде превышает 6 мг/л, то и у взрослых. Чтобы избежать болезни, лучше найти безопасные источники, использовать очищенную воду или покупать в бутылках. Встречается и профессиональный флюороз – у работников алюминиевой промышленности он связан с избытком фтора в воздухе.

Другое заболевание – хроническое отравление неорганическим мышьяком, или арсеникоз. Исследования ВОЗ подтвердили наличие токсичного мышьяка в грунтовых водах почти всех стран Азии и ряда стран Америки. Причем «мышьяковый кризис» связан не только с питьевой водой, но и с той, которой поливали посевы. Симптомы болезни – спазмы мышц, головные боли, рвота и диарея. Арсеникоз плохо действует на печень и сердце, разрушает ткани кровеносной системы. Длительное воздействие мышьяка может спровоцировать диабет, гипертонию, поражения кожи и впоследствии рак. Иногда мышьяк вызывает инфаркт. На Тайване отравление мышьяком называют «болезнью черной ноги», приводящей к гангрене. По нормам ВОЗ, концентрация мышьяка в воде не должна превышать 10 мкг/л. Для очистки воды от мышьяка есть специальные технологии – окисление, коагуляция-осаждение, абсорбция, ионный обмен и мембранные технологии.

Еще один элемент, вызывающий отравление, – свинец. Он поражает печень, почки и мозг, накапливается в зубах и костях, вызывает гипертонию, судороги, кому и смерть. Загрязнение воды свинцом может быть связано с выбросами промышленных предприятий, неправильной переработкой вторсырья, использованием свинцовых красок, этилированного бензина и т. д. Вода, поступающая через свинцовые трубы, также может содержать свинец. Наибольшему риску подвергаются дети – в их организме остается в пять раз больше свинца, чем у взрослых. Какой-либо безопасной нормы концентрации свинца в воде и в крови не существует.