Введение к содержанию
«Пользу воды мы понимаем, когда колодец пересыхает», — так сказал около двух с половиной столетий назад великий ученый-естествоиспытатель и политик, почетный член Петербургской Академии наук, один из отцов-основателей США Бенджамин Франклин.
Вода — это жизнь! Существование всех форм жизни на Земле связано с потреблением воды, поэтому загрязнение водоемов, поверхностных и подземных водных источников несет в себе угрозу существованию живой природы и ее высшей формы — человека.
В настоящее время человечество столкнулось с проблемой получения воды, безопасной для здоровья. Проблема эта состоит в том, что 97% мировых запасов- это соленая вода, а из оставшихся 3% пресной воды две трети находятся в виде льда, и одна треть интенсивно растворяет загрязнения, которые привносит человек [1].
Природная вода содержит микроорганизмы, минеральные и органические вещества природного и антропогенного происхождения. В то же время содержание химических веществ и микроорганизмов в питьевой воде не должно превышать гигиенические нормативы, для чего ее пропускают через водоочистные устройства, предназначенные для очистки воды, ее доочистки и обеззараживания с целью улучшить качество воды для питьевых и бытовых нужд человека [2, 3].
На современных городских водоочистных устройствах подготовка воды осуществляется, как правило, в два этапа. На первом этапе вода осветляется, на втором — обеззараживается. Осветление выполняется путем введения в воду некоторых химических веществ, способствующих укрупнению находящихся в ней взвешенных частиц, лучшему их осаждению и более качественному фильтрованию. При этом избыточное количество этих химических элементов оказывается в питьевой воде, что неблагоприятно сказывается на ее качестве. Обеззараживание воды осуществляется хлорированием. Хлорирование является весьма эффективным методом обеззараживания питьевой воды, но имеет два существенных недостатка: активный хлор вреден для здоровья человека; в результате образуются хлоросодержащие (хлорорганические) соединения, которые при попадании в организм человека могут вызывать онкологические заболевания, патологию эндокринной системы, нарушение обмена веществ, болезни нервной системы и органов чувств. Водоводы, в которые поступает вода после очистки, зачастую настолько низкого качества, что сами становятся источником загрязнений: тяжелые металлы (особенно свинец в старых домах), железо-окисные бактерии [4].
Наличие вредных веществ в питьевой воде, поступающей к потребителю, привело к тому, что основной мировой тенденцией в подготовке питьевой воды стала ее доочистка с помощью бытовых водоочистных устройств, т.е. устройств, эксплуатируемых и обслуживаемых самим потребителем. Частным случаем таких устройств являются бытовые фильтры для доочистки воды [2], а доочистка питьевой воды в бытовых условиях с помощью фильтров — наиболее простой, доступный и быстро окупаемый способ получения чистой питьевой воды.
Гигиеническое значение устройств доочистки воды вообще и фильтров, в частности, состоит в том, что они не только нейтрализуют воздействие неблагоприятных факторов на качество питьевой воды, но и улучшают его. Доочистка питьевой воды с помощью бытовых фильтров должна рассматриваться как необходимый и равноправный элемент современной схемы питьевого водоснабжения, ни в коей мере не замещающий другие элементы и не конкурирующий с ними, а дополняющий традиционную схему питьевого водоснабжения [2].
Питьевое водоснабжение — это деятельность, направленная на обеспечение потребителей питьевой водой, включающая в себя выбор, охрану источников и сооружений водоснабжения, проектирование, строительство, эксплуатацию систем водоснабжения, забор, подготовку, хранение, подачу к местам потребления и реализацию питьевой воды [3].
Глава 1. Фильтры доочистки воды серии «Арго» к содержанию
Хороший фильтр не меняет естественный минеральный состав в воде, которая поступает в организм человека. Цель установки домашнего фильтра состоит в том, чтобы вернуть нашей питьевой воде ее первоначальное качество.
Натан Фиш, директор компании «Утоляющая жажду вода»
1.1 О замечательных свойствах природного цеолита и активированного угля к содержанию
Итак, одним из основных способов повышения качества питьевой воды является ее доочистка с помощью бытовых фильтров. В России и странах СНГ широко представлены бытовые фильтры европейских, американских и отечественных производителей.
ООО «Сибирь-Цео» выпускает фильтры для доочистки воды серии «Арго»: угольно-цеолитовые и на основе твердого полимерного цилиндрического пористого фильтрующего элемента пространственно-глобулярной структуры.
Общеизвестно, что существующие ныне традиционные методы очистки питьевой воды позволяют удалить из нее преимущественно вещества, находящиеся во взвешенном состоянии. Что касается мелкодисперсных частиц и многих растворенных в воде веществ, то в отношении последних, как известно, барьерная роль водоочистных сооружений невелика. Проводимыми в нашей стране и за рубежом исследованиями установлено, что наиболее перспективным методом, обеспечивающим достаточную глубину очистки воды, является применение высокоадсорбционных материалов (активированный уголь, ионообменные материалы и ряд других), преимущество использования которых заключается в том, что с их помощью вредные примеси извлекаются из воды, не превращаясь в другие соединения, резко ухудшающие качество воды, как это происходит при использовании окислителей.
Одним из таких материалов является каркасный алюмосиликат, характеризующийся как высокоактивный сорбент, селективный ионообменник и молекулярное сито — цеолит.
«Цеолит является алюмосиликатом со скелетной структурой, содержащей пустоты, занятые крупными ионами и молекулами воды, имеющими значительную свободу движения, что приводит к ионному обмену и обратимой дегидратации» [6].
Оксидная формула широко распространенного природного цеолита клиноптилолита имеет вид:
(К, Na, ½Са)2O*Al2O3*10SiO2*H2O.
Самой примечательной особенностью цеолитов, практически определяющей специфические свойства этих минералов, является наличие системы пустот и каналов в их структуре, которые могут составлять до 50% от общего объема минерала, что обуславливает ценность цеолита как сорбента. Входные отверстия из каналов в полости цеолитов, образованные кольцами из стомов кислорода, — наиболее узкие места каналов: их формой и размерами определяются величины ионов и молекул, которые могут проникнуть в полости, на чем основано применение цеолитов в качестве молекулярных сит.
Цеолиты как ионообменники катионного типа характеризуются высокой ионообменной селективностью к радиоактивным элементам, сорбционной способностью к тяжелым металлам, фенолу, аммонийному азоту [б].
Немного истории. Цеолиты — в переводе с греческого «кипящие», или «вскипающие», камни — были открыты шведским исследователем Кронштедом почти 250 лет назад. До начала XX столетия на эти минералы не обращалось сколько-нибудь серьезного внимания. Первые испытания свойств природных цеолитов в России проводились в 1913 г. на опытном комбинированном фильтре станции Ейск Московско-Курской железной дороги, с целью умягчения московской водопроводной воды и воды из артезианской скважины для котлов паровозов. Первое промышленное месторождение цеолитов было открыто в 1969 г. на территории Туркмении (Бадхызское проявление). После этого открытия стала создаваться сырьевая база нового вида полезного ископаемого — цеолитовых туфов, и началось их использование в разнообразных сферах жизнедеятельности человека. К 90-м гг. XX в. разрабатывается несколько десятков цеолитовых месторождений в России и за рубежом [7].
В настоящее время цеолиты используются очень широко (табл. 1).
Но наиболее «древней» проблемой, которая решалась с помощью цеолитов, была очистка воды. Благодаря своим уникальным адсорбционным, ионообменным и каталитическим свойствам природные цеолиты гораздо успешнее, чем кварцевый песок, работают в фильтрах очистных сооружений и станций водоподготовки.
Кроме того, значительная часть Российской Федерации — это территории, пострадавшие от Чернобыля (120 городов, где выявлено более 2000 участков радиоактивного загрязнения, других пораженных территорий, зон экологического неблагополучия). Квалифицированное использование природных цеолитов (только разведанные запасы которых приближаются к 50 миллиардам тонн) позволяет решать эту и множество других природоохранных, радиоэкологических и медико-биологических проблем.
Как бы ни была широка область применения природных цеолитов, в настоящее время сделаны лишь первые шаги в освоении уникального материала, подаренного человеку природой,глубокое познание физико-химических свойств которого открывает огромные возможности. С уверенностью можно сказать [8]:
Цеолиты — это минерал XXI века!
Активированный (активный) уголь, на поверхность частиц которого нанесено серебро в несмываемой форме, является вторым сорбентом в составе фильтров серии «Арго». Применение активированного угля позволяет: устранить остаточный хлор, улучшить органолептические свойства питьевой воды, устранить органические примеси в воде.
Прогресс аналитических методик с использованием сложных и совершенных технологий позволил:
— выявлять присутствие в воде тригалометанов (ТГМ), галоалифатических кислот и многих других специфических, в том числе вторичных загрязнений, которые рассматриваются как весьма опасные для человека;
— определять и обосновывать негативную роль биоокисляемого растворенного органического углерода (БРОУ) в решении задачи сохранения качества питьевой воды в сетях ее распределения.
| Отрасль | Вид и цель применения |
|---|---|
| Промышленность, коммунальное хозяйство и экология |
|
| Животноводство |
|
| Растеневодство |
|
| Пищевая промышленность |
|
| Медицина |
|
| Экология | Очистка стоков: • от азота аммонийного; • от токсичных ионов тяжелых металлов (медь, ртуть, хром, никель, цинк) и других вредных компонентов (нефтепродукты, фенолы). Захоронения радиоактивных отходов. Дезактивация пораженных радиацией территорий: • воздух, вода, почва, растения, животные, продукты питания, техника, строения и др. |
Научные исследования связывают хлор и побочные продукты хлорирования воды с онкологическими заболеваниями мос онкологическими заболеваниями мочевого пузыря, печени, желудка, прямой кишки, а также с болезнями сердца, атеросклерозом, анемией, высоким кровяным давлением и аллергическими реакциями. Есть также свидетельства того, что хлор может разрушать белки в организме человека и оказывать неблагоприятное воздействие на кожу и волосы. Наличие хлора в воде может и способствовать образованию хлораминов, которые вызывают проблемы с запахом и вкусом [5].
Целый ряд органических загрязнений (нитраты, аммоний и др.), определяющих содержание БРОУ, привкусы, запахи воды, а также хлорорганика могут быть извлечены на фильтрах с загрузкой из активированного угля [9].
Применением адсорбентов, в частности, активированного угля, сегодня удается извлекать из воды многочисленные растворенные и, прежде всего, трудноокисляемые загрязнения (молекулы некоторых пестицидов, ряд органических микрозагрязнений, определяющих привкусы и запахи воды, некоторые минеральные микрозагрязнения).
При транспортировании очищенной воды по трубопроводам, как уже было сказано выше, возможно ее вторичное загрязнение, в том числе и микроорганизмами, поэтому в бытовых фильтрах выполняются технические мероприятия, создающие условия для подавления жизнедеятельности микроорганизмов.
В угольно-цеолитовых фильтрах серии «Арго» в качестве такого технического решения применено фильтрование воды через цеолит (клиноптилолит), а также активный уголь, обработанный серебром.
Алюмосиликаты, обладающие высокой сорбционной способностью, обусловленной их большой ионообменной емкостью, сорбируют различные микроорганизмы и вирусы. В результате экспериментальных и натурных исследований на водоочистных сооружениях установлено, что добавление в воду глинистых алюмосиликатов значительно повышает эффективность очистки от микроорганизмов и мелкодисперсных частиц. Установлена также высокая сорбционная способность таких природных сорбентов, как клиноптилолит, в отношении энтеровирусов и бактериофагов [6].
Известно, что глинистые минералы при определенных условиях могут эффективно сорбировать практически все изученные вирусы: арбовирусы, миксовирусы, энтеровирусы, вирусы растений, бактериофаги и актинофаги. Таким образом, естественные минеральные сорбенты группы алюмосиликатов обладают достаточно высокой эффективностью удаления вирусов и бактерий из воды, что дает возможность использовать их в практике водоподго-товки. Кроме того, фильтрующая загрузка на основе цеолита обладает барьерными функциями по отношению к крупным органическим молекулам, в частности, по 3,4 бенз(а)пирену: до 90% [6].
Применение активного угля, обработанного серебром, способствует подавлению жизнедеятельности микроорганизмов и ускорению реакции окисления органических загрязнений. Особо следует отметить, что подавление жизнедеятельности микроорганизмов происходит на поверхности частичек угля, и катионы серебра не поступают в воду.
1.2. Угольноцеолитовые фильтры серии «Арго» к содержанию
В настоящее время ООО «Сибирь-Цео» выпускает четыре модификации проточных угольно-цеолитовых фильтров: «Арго», «Арго-К», «Арго-М», «Арго-МК».
1.2.1. Фильтры насыпного типа «Арго» и «Арго-М» к содержанию
 |
 |
| Рис. 1. Фильтр "АРГО" | Рис. 2. Фильтр "Арго-М" |
 |
 |
| 1 - корпус, 2 - заглушка, 3 - шуруп, 4 - уплотнительное кольцо, 5 - решетка, 6 - фильтрующая сетка, 7 - природный цеолит, 8 - уголь активный, 9 - фильтрующая ткань, 10 - решетки, 11 - крышка, 12 - тороидальный магнит, 13 - уголок, 14 - выходной патрубок, 15 - входная трубка, 16 - воронка, 17 - резиновая шайба, 18 - зажимная резьбовая втулка, 19 - втулка. Рис. 3. Устройство фильтра "АРГО". |
1, 2 - корпус, 3 - выходной штуцер, 4 - крышка, 5 - уголок, 6 - выходной патрубок, 7 - тороидальный магнит, 8 - решетки, 9 - фильтрующая ткань, 10 - уголь активный, 11 - природный цеолит, 12 - решетка, 13 - фильтрующая сетка, 14 - уплотнительное кольцо, 15 - дно, 16 - втулка, 17 - входная трубка, 18 - муфта, 19 - резиновая прокладка, 20 - зажимная резьбовая втулка. Рис. 4. Устройство фильтра "АРГО-М". |
Эти фильтры (рис. 1,2) отличаются друг от друга внешним видом и способом герметизации: «Арго» герметизируется в верхней части фильтра — с помощью шурупов, заглушкой с уплотнительным кольцом (рис. 3), а «Арго-М» — снизу, дном — посредством резьбового соединения и уп-лотнительного кольца (рис. 4).
Обе модификации имеют сходные технические характеристики: вес сорбентов 1,320-1,430 кг; ресурс работы — 7000 л, но не более одного года, независимо от среднесуточного расхода воды; максимальная производительность — бО л/ч, температура фильтруемой воды +4 — +50° С; габаритные размеры: высота не более 282 мм, диаметр не более 132 мм. С помощью гибкой входной трубки и насадки фильтры присоединяются к водопроводному смесителю.
Оба фильтра предназначены для доочистки воды из водопроводной сети, имеющей стандартное давление, но могут быть использованы и для очистки воды из безнапорного источника (реки, колодца и т. п.): для этого воду заливают в фильтр через насадку, за счет перепада высоты.
Внимание! Если вы профильтровали воду неизвестного качества (река, озеро, родник), то перед употреблением ее необходимо продезинфицировать (например, посредством кипячения).
После выработки сорбентами своего ресурса (но не реже одного раза в год) их необходимо заменить на новые. Комплекты сменных сорбентов приобретаются отдельно. Внешний вид сменного комплекта приведен на рис. 5.
Состав сменного комплекта: цеолит природный 1,2-1,3 кг; уголь активный, обработанный серебром 0,12-0,1З кг; запасное уплотнительное кольцо (см. рис. 3,4). Порядок замены сорбентов изложен в прилагаемой к ним инструкции (непосредственно на упаковке).
Необходимо заметить, что срок службы сорбентов — 1 год — определен для воды, отвечающей требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 или незначительно отличающейся от этих требований. При значительном превышении показателей качества воды над гигиеническими нормативами срок службы уменьшается и устанавливается опытным путем (например, по появлению посторонних запахов и привкусов в фильтрованной воде).
1.2.2. Фильтры со сменным фильтр-патроном (картриджем) «Арго-К», «Арго-МК» к содержанию
Для облегчения и упрощения процесса замены сорбентов разработаны и выпускаются фильтры «Арго-К» и «Арго-МК». Основой этих фильтров является заменяемый фильтр-патрон, или картридж (рис. 6). Следует отметить, более 90 % мировых продаж фильтров приходится на фильтры со сменными картриджами [2].
 |
 |
| Рис. 5. Внейший вид сменного комплекта сорбентов для фильтров "АРГО" и "АРГО-М" |
Рис. 6. Внешний вид картриджа |
 |
 |
| 1 - корпус, 2 - заглушка, 3 - шуруп, 4 - корпус картриджа, 5 - природный цеолит, 6 - уголь активный, 7 - тороидальный магнит, 8 - уголок, 9 - крышка, 10 - выходной патрубок, 11 - решетки, 12 - фильтрующая ткань, 13 - решетка, 14 - сетка, 15 - входной уголок, 16 - входная трубка, 17 - воронка, 18 - резиновая шайба, 19 - зажимная резьбовая втулка. Рис.7. Устройство фильтра "АРГО-К" |
1 - корпус, 2 - отверстие в корпусе под воронку, 3 - тороидальный магнит, 4 - выходной штуцер, 5 - крышка, 6 - уголок, 7 - выходной патрубок, 8 - решетки, 9 - фильтрующая ткань, 10 - картридж, 11 - уголь активный, 12 - природный цеолит, 13 - решетка, 14 - фильтрующая сетка, 15 - дно, 16 - входной уголок, 17 - входная трубка, 18 - муфта, 19 - резиновая шайба, 20 - зажимная резьбовая втулка. Рис.8. Устройство фильтра "АРГО-МК" |
Устройство картриджа и обоих карт-риджных фильтров представлено на рис. 7 и 8.
Технические характеристики фильтров «Арго-К» и «Арго-МК»: вес сорбентов -0,85-0,95 кг; ресурс работы — 5000 л, но не более 8 месяцев, независимо от суточного расхода воды; максимальная производительность — 6О л/ч; температура фильтруемой воды +4 — +50°С; габаритные размеры и внешний вид фильтров, соответственно, те же, что у «Арго» и «Арго-М» (см. рис. 1, 2).
Необходимо особо отметить тот факт, что сорбенты (цеолит и уголь активированный, обработанный серебром) заключены в картридж и предварительно, в процессе производства, подготовлены, что улучшает санитарно-гигиенические свойства фильтров «Арго-К» и «Арго-МК». Пользователю фильтра остается только заменить сменный фильтрующий картридж после выработки ресурса — и фильтр опять готов к работе (аналогичным образом эксплуатируются наиболее популярные на рынке модели фильтров отечественных и зарубежных производителей).
Сменные картриджи приобретаются отдельно. Порядок замены картриджа изложен на упаковке.
1.2.3. О магнитной обработке воды к содержанию
Важнейшей особенностью воды является возможность сохранения во времени структурных изменений. Опубликованные результаты экспериментов отечественных и зарубежных ученых показывают, что вода обладает определенной структурной памятью [10,11,12].
Влияние магнитов на людей, животных, растения и химические реакции исследовалось еще в глубокой древности. В наше время это привело к возникновению и развитию таких научных направлений, как магнетохимия, магнитная биология. Первые сведения о влиянии магнитов на свойства воды были получены в медицине. В XIII в. женевский физик де Герсю отметил лечебные свойства омагниченной воды; в начале XX в. вышла в свет и в 1913 г. переведена на русский язык книга Г. Дюрвилля (G. Durville), содержавшая примеры успешного лечения такой водой ран и язв. В 30-х гг. XX в. Дж. Пиккарди (J. Piccardi) отметил влияние солнечной активности на коагуляцию взвешенных в воде частиц оксихлорида висмута, связав это влияние с изменениями геомагнитного поля. И, наконец, в 1945 г. бельгийский ученый Т. Вермайрен (Т. Vermeiren) запатентовал применение магнитной обработки воды для уменьшения образования накипи. В СССР также был сделан ряд крупных научных открытий, посвященных магнитной обработке воды. Защищены десятки диссертаций на эту тему [13].
Магнитная обработка воды изменяет физико-химические процессы, происходящие в воде, в частности, образование кристаллов солей жесткости происходит не на стенках, а в объеме, т. е. образуется мелкодисперсный легкосмываемый шлам.
Омагничивание изменяет не только физико-химические, но и биологические свойства воды: увеличивает проницаемость клеточных мембран (Тринчер К.С, Дубров А. П. [14,15]); влияет на активность ферментов (Тюньков И.В. [16]); снижает уровень холестерина в сыворотке крови (Лисин В. В.); оптимизирует действие различных лекарств, применяемых в виде водных систем (ЧесноковаЛ.Н., Десницкая М.М., Новоселов Р. Д. [17]).
Дальше всего продвинулись работы в области лечения мочекаменной болезни (Шимкус Э.М., Пилипенко В.А., Каленкович Н.И., Аксенов Ж.П., Моргунов И.И. и др.). Весьма обнадеживающие результаты получены при использовании омагниченной воды для нормализации артериального давления. Опубликованы сведения о возможности лечения такой водой больных атеросклерозом (Лисин В.В., Иванова Е.Н.), о перспективах применения омагниченной воды в дерматологии (Довжанский С.И., Третьякова Л.Н.) [18-25]. Было доказано, что, не имея никаких противопоказаний, омагниченная вода активизирует деятельность пищеварительных органов, способствует вымыванию шлаков, повышает усвояемость пищи.
Итак, результаты многолетних исследований о влиянии магнитной обработки на физико-химические и биологические свойства воды, а также исследования, проведенные в Научном Центре клинической и экспериментальной медицины СО РАМН, позволяют утверждать, что использование магнита в угольно-цеолитовых фильтрах серии «Арго» вносит свой положительный вклад в то обстоятельство, что вода становится активной и биологически полноценной (по отношению к исходной водопроводной воде) [26].