Но уже тогда человек, опираясь на результаты наблюдений за реакцией своего организма, понимал необходимость очистки употребляемой воды. Первый фильтр был примитивен – это был короб с влажным песком, через который фильтровалась вода.
С тех пор много воды утекло, появилось много иных факторов, загрязняющих экологию, в том числе и воду… Но принципы, работавшие в древности, мы используем и сейчас. На смену силе животных пришло электричество, а с развитием наук, в том числе химии, стало понятно, что механической очистки воды недостаточно, чтобы живительная влага, поглощаемая нами, приносила пользу, а не вред.
Глава 3. Какая бывает вода? Промышленная, техническая и питьевая вода. Основные виды питьевой воды: родниковая вода, бутилированная вода, фильтрованная вода
Мы познаем ценность воды лишь когда колодец пересыхает.
Бенджамин Франклин
Вода для технических нужд
Если в те далекие времена люди интуитивно или на основе своих собственных наблюдений понимали, что вода из разных источников неодинакова по составу, то сегодня мы легко можем определить ее химический состав и провести грань между питьевой и непитьевой водой.
Не углубляясь в тонкости химического состава примесей, присутствующих в воде, скажем, что жидкость, которая не может употребляться человеком для приготовления пищи и утоления жажды и есть промышленная и техническая вода.
Строго говоря, промышленная вода – это термин, обозначающий природный высококонцентрированный раствор различных элементов, таких как нитраты, сульфаты, рассолы, карбонаты. Из промышленных вод добывают металлы, соли, а также микроэлементы в промышленных масштабах. Это, например, борная вода, с содержанием до 500 мг бора на литр жидкости, йодная вода, содержащая свыше 15 мг йода на литр, бромная вода, вода, содержащая барий, радий, стронций, молибден, золото, серебро, уран, и т. п.
Неправильно называть промышленной водой те воды, которые участвуют в различных промышленных процессах, например в системе охлаждения паровых котлов электростанций.
Техническая вода – термин, охватывающий широчайший диапазон использования воды: это и жидкость, применяемая в технологическом производстве, и вода, идущая у нас дома из крана, в зависимости от степени ее очистки и подготовки.
Важнейшие этапы водоподготовки
Водоподготовка – это мероприятия по водоочистке, при проведении которых специалисты решают проблемы жесткости воды, ее цвета и запаха, очистки от большого количества примесей, бактерий и вирусов, иных загрязнений.
Рассмотрим подробнее, какие этапы проходит вода, прежде чем попасть к нам в кран.
В первую очередь, воду необходимо очистить от больших остаточных элементов, примесей или видимых частиц. Для этого применяют «осадочные установки», удаляющие из водопроводной или добытой из скважин воды песок, ржавчину или другие материалы. Это называется механической очисткой.
Одной из характеристик воды является высокое содержание железа, которое, как известно, надолго задерживается в организме и негативно влияет на его ежедневное функционирование. Поэтому один из этапов водоподготовки – это «обезжелезивание» с помощью специальных установок.
Кроме обезжелезивания, в водоподготовке часто проводится и умягчение воды. Жесткая вода также противопоказана для питья, более того, без проведения водоочистки она также влияет на работу бытового оборудования, так как при контакте с ней нагревающие элементы быстро приходят в негодность и в конце концов ломаются.
Но очистки от металлов и различных солей также недостаточно, поскольку необходимо удалить любые, даже самые малые примеси. Для этого используются сорбционные установки водоподготовки, специализирующиеся на активной очистке вод от осевших малых частиц размером в 5 микрон.
Еще один этап – дополнительная очистка от бактерий, вирусов и других вредных элементов, влияющих на показатели воды и ее возможности по потреблению. Прекрасным современным решением данной задачи стало использование ультрафиолетовых ламп, обеззараживающих воду.
Не остается в стороне и вопрос о кислотно-щелочном показателе воды. Как известно, несбалансированная вода вредна для здоровья, так как многие химические процессы в такой воде невозможны. Поэтому так важна водоочистка от кислот и нормализация уровня pH.
Технология обратного осмоса
Сегодня существуют технологии, способные очистить воду на молекулярном уровне. Основаны они на принципе так называемого «обратного осмоса». Попробуем разобраться в этом, на первый взгляд, непростом, но на самом деле несложном вопросе.
Во-первых, что такое «осмос»? Именно так называется процесс одностороннего проникновения молекул через полупроницаемую мембрану из менее концентрированного раствора в более концентрированный. По сути дела осмос – это явление, направленное на восстановление равновесия в системе, а именно, в системе двух растворов с разными концентрациями, разделенных мембраной.
Явление осмоса лежит в основе обмена веществ всех живых организмов. Как мы уже говорили, мембрана клетки в живых организмах также полупроницаема. Но в этом случае движение осуществляется в обоих направлениях, так как мембраны пропускают вещества в обе стороны. В нашем организме, например, мембраны кровеносных сосудов постоянно пропускают вещества в обе стороны. Таким образом, переваренная пища поступает в кровь, а двуокись углерода выводится из крови через легкие.
Для водоочистки в технологии прямого осмоса используются мембраны, способные пропускать только молекулы воды и, соответственно, задерживать все остальные молекулы.
Представим, что мембрана разделяет раствор (вода с примесями) и растворитель (чистая вода). Естественно, что концентрация растворителя в растворе оказывается менее высокой, поскольку часть молекул самого растворителя, то есть чистой воды, замещена молекулами растворенного вещества. Поэтому частицы растворителя из отдела, содержащего растворитель, через мембрану под воздействием естественного равновесного давления будут проникать в раствор. Соответственно, объем раствора будет увеличиваться, а концентрация примесей, то есть растворенных веществ – уменьшаться, тогда как объем растворителя будет соответственно уменьшаться.
Впервые осмос описал А. Нолле в 1748 году, однако исследовать это явление начали лишь спустя столетие.
Однако, если приложить раствору осмотическое давление, то есть давление, большее, чем равновесное давление, то возникает явление обратного осмоса, то есть явление, при котором молекулы воды из раствора, то есть из воды с примесями, проходят через стенки полупроницаемой мембраны в растворитель, то есть в чистую воду, делая ее, соответственно, еще чище. В зависимости от величины пор мембраны таким образом можно достигнуть требуемой степени очистки питьевой воды, причем этим способом можно удалить практически все виды загрязнения, даже вплоть до радионуклидного.
То есть при создании давления в более насыщенной сторонними веществами емкости, молекулы воды будут вынуждены поступать в емкость с изначально более «чистой» водой и делать ее еще более ненасыщенной, еще более чистой.
Обратный осмос используют с 1970-х годов при очистке воды, получении питьевой воды из морской воды, получении особо чистой воды для медицины и иных нужд.
Источники питьевой воды
Вкратце ознакомившись с многоступенчатой, безусловно, сложной и достаточно эффективной системой очистки воды, поступающей к нам как к конечному потребителю, можно было бы сделать вывод о безопасности, и, более того, пользе текущей из крана воды. Но даже специалисты в этой области вынуждены согласиться, что для получения воды самого лучшего качества, чистой, безо всяких других составляющих, обычной водоочистки, увы, совершенно недостаточно.
Так что же все-таки нам считать стопроцентной питьевой водой?
Конечно же, в первую очередь, это подземные воды, находящиеся на глубине, в «водоносных слоях». Они находятся между водонепроницаемыми слоями, и их количество, глубина расположения, непосредственно толщина и чистота зависят от окружающей местности.
Колодцы, скважины, родники
Подземные воды, в отличие от поверхностных, демонстрируют многократно меньшее минеральное загрязнение и практическое отсутствие болезнетворных микроорганизмов. Для получения таких вод роют колодцы и бурят скважины.
Устройство скважин и колодцев отличается диаметром и степенью углубления в землю. У колодцев степень заглубления небольшая, но за счет большего диаметра создается постоянный запас воды. Вода отстаивается, но если колодец открытый или им долго не пользуются, то существует опасность его загрязнения. Также бытует мнение, что при определенных условиях уровень грунтовых вод может упасть и тогда вода в колодце может исчезнуть, поэтому скважина считается более надежной, так как заглубление в этом случае может идти на десятки метров.
