Проблемы водоочистки или каким должен быть фильтр

1 стр. из 1

Известно, что проект «Чистая вода», предложенный партией «Единая Россия» (принятый по инициативе Б. В. Грызлова), поддержан Правительством России, и в бюджете на 2009–2011 гг. предусмотрено его финансирование как государственного проекта.

От чего нужно очищать воду

Ржавые трубы — это общероссийская проблема. Не только внешние сети (трубы, по которым водоканалы подают воду в дома), но и внутренние сети («разводки» в самих домах) в значительной степени изношены и загрязняют питьевую воду ржавчиной. Решить эту проблему «в лоб», т. е. заменить внешние и внутренние сети, невозможно. Так, в Петербурге только для замены внешних сетей потребуется более ста лет (и это нужно делать одновременно с заменой внутренних «разводок» в домах, иначе эффекта не будет).

Но ситуация на самом деле не безвыходная. Не нужно вообще менять ни внешние, ни внутренние водопроводные трубы, если они еще крепкие. Достаточно поставить в каждой квартире фильтр, способный задержать ржавчину. Иными словами, нужно переориентироваться на «точечную» доочистку воды, тем более, что ржавчина — это далеко не единственное, от чего нужно очищать воду.

Даже если каким-то чудом все трубы станут идеальными, воду все равно придется доочищать от органики, остаточного алюминия, хлора, а во многих случаях — еще и понижать мутность. Например, в городе Всеволожске Ленинградской области ладожская вода очищается песчаными фильтрами и хлорируется. В результате в дома подается вода, имеющая мутность 2,2 мг/куб. дм (ПДК-1.5), цветность — 25 град. (ПДК-20), окисляемость — 6,7 мг/куб. дм (ПДК-5), железо — 0,6 куб. м/куб. дм (ПДК-0,3), т. е. эта вода, по всем показателям, не питьевая. Ну и какой особенно толк от того, если бы вдруг во всем Всеволожске появились новые пластиковые трубы? В этом случае концентрация железа не превысила бы ПДК, но по всем остальным показателям вода, как была не питьевой, так бы ею и осталась.

Проблема же остаточного алюминия возникает в тех случаях, когда Водоканалы (а таких большинство) используют для удаления из воды органических примесей коагулянт — чаще всего, сульфат алюминия. Коагулянт в виде мельчайшего порошка замешивается в воду и притягивает к себе частички органики, делая ее нерастворенной, а затем эта смесь (коагулянта и органики) оседает на песчаных фильтрах. При этом сульфат алюминия (он очень мелкий) частично попадает в отфильтрованную воду и, следовательно, в организм.

Что делает алюминий, попав в организм? Правильно, ровно то же самое, что он делает в бассейнах Водоканала, — коагулирует, иными словами, уничтожает органику, т. е. клетки организма. Например, мельчайшая частица коагулянта попала в мозг и скоагулировала (иначе говоря, уничтожила), скажем, тысячу клеток мозга. При этом алюминий — канцероген: он не окисляется (в отличие от железа) и не выводится из организма. Недаром поэтому многие специалисты считают, что главное при доочистке водоканальной воды — это удаление из нее остаточного алюминия. О вреде ржавчины говорят много, а о значительно большем вреде остаточного алюминия почти не говорят. Так происходит, видимо, потому, что от алюминия водоканалы не избавятся даже в отдаленной перспективе: без коагуляции им воду от органики не очистить. Видимо, и ПДК по алюминию (раньше он был равен 0,5 мг/л, сейчас — 0,2 мг/л) подогнан под технические возможности водоканалов. При этом обычный здравый смысл подсказывает, что ПДК можно устанавливать только по тем загрязнениям, которые выводятся из организма, алюминий же не выводится, поэтому его вообще не должно быть в воде, т. е. ПДК по нему должен быть равен 0.

Каким должен быть фильтр

Эффективный фильтр для очистки (до-очистки) питьевой воды должен состоять из наноячеек (приставка «нано-» обозначает порядок 10-9 ). Это подсказывает элементарный здравый смысл: поскольку молекулы воды — это наночастицы (даже если их размеры считать вместе с «присоединенными» к ним примесями), то и эффективный фильтрующий материал должен иметь нанопоры, наноотверстия для прохождения воды, чтобы каждая молекула воды смогла встретиться с частичками материала, ее очищающими. Поэтому, например, фильтр из песка или цеолита не сможет эффективно (глубоко) очистить воду, хотя бы просто потому, что имеет «отверстия» для ее прохождения, на несколько порядков превышающие наноразмер, и ее молекулы просто не встречаются с «чистящим» материалом и проходят сквозь него, — аналогично тому, как окунь проходит сквозь ячейки сети для ловли акул.

Если же эффективная фильтрация воды — это всегда нанофильтрация, то тогда она, кроме очистки воды, делает с ней и еще кое-что, а именно — изменяет ее внутреннюю структуру.

Дело в том, что вода имеет кластерную структуру. Кластер — это совокупность молекул воды, связанных между собой прочными межмолекулярными связями. Размер кластеров — это микроны, что на три порядка (в 1 000 раз) больше наноразмеров. Если «ячейки» фильтра имеют наноразмеры, то они разбивают водные кластеры и тем самым изменяют структуру исходной воды. Потом отфильтрованная вода, конечно, заново структурируется, но из этой структуры уже удалена значительная часть вредных примесей. Такая вода целебна потому, что высвобождает иммунные силы организма (иначе говоря, повышает его иммунитет), которые были бы затрачены не только на борьбу с вредными примесями, но и на переструктурирование исходной воды. Так что вполне допустимо не только эффективно очистить воду, но и придать ей целебные свойства.

При этом нужно иметь в виду, что далеко не любая нанофильтрация обеспечивает получение высококачественной питьевой воды. Так, широко известная технология «обратного осмоса» — это, безусловно, нанофильтрация: вода буквально продавливается (мощным насосом) через мембрану, имеющую наноячейки. В результате от воды буквально «отдираются» все растворенные и нерастворенные примеси, как полезные, так и вредные, и на выходе получается дистиллированная (или квазидистиллированная) вода. Но известно, что дистиллят — это техническая, а не питьевая (и, тем более, не целебная) вода.

В тех случаях, когда без дистилляции не обойтись (например, когда есть только морская вода, и ее приходится опреснять), для того, чтобы дистиллированную воду можно было пить, в нее добавляют некоторые соли: кальция, магния, натрия и т. д. Без такого добавления дистиллированной водой отравишься, т. к. она начнет вымывать различные соли из организма и, тем самым, разрушать его. Поэтому эффективные фильтры должны, с одной стороны, обеспечить нанофильтрацию (позволяющую каждой молекуле воды встретиться с веществом, ее очищающим), с другой стороны — сохранить в воде полезные растворенные вещества.

Технология на свойствах углеродных наноструктур

В мире существует огромное многообразие фильтров — как бытовых, так и промышленных, — способных в той или иной степени очистить воду, избежав при этом дистилляции.

Тот факт, что много людей (а в крупных городах, пожалуй, даже большинство людей) пользуются фильтрами — огромная заслуга как отечественных, так и зарубежных производителей этой продукции. В мире почти нет воды, которую можно пить неочищенной, ее надо фильтровать — это бесспорно.

Почему же тогда люди придумывают, затрачивая огромные ресурсы, все новые и новые способы очистки воды, все новые и новые фильтры, хотя, казалось бы, уже сейчас на этом рынке «не протолкнуться»? Наверное, потому, что существующие фильтры либо не решают тех или иных проблем водоочистки, либо предлагают недостаточно эффективные решения. Для решения многих проблем водоочистки ОАО «Геракл» предлагает принципиально новую технологию, основанную на свойствах углеродных наноструктур.

Так, наполнителем фильтров «Геракл» является графеновый сорбент (ГС). ГС — это углерод (графит), подвергнутый радикальной деструкции, в результате которой он приобретает принципиально иную внутреннюю структуру и, соответственно, принципиально новые свойства, не присущие другим разновидностям углерода.

Как известно, углерод является самым распространенным элементом на Земле. Различия между углем, графеновым сорбентом и алмазом (все это один и тот же химический элемент — углерод) определяются их принципиально различной внутренней структурой. Перестраивая внутреннюю структуру, из одной модификации углерода можно получить другую. Если мы к частице графита применим давление в 80 тыс. атмосфер и нагреем ее до температуры в 1 600 0С, то атомы углерода перестроятся из графитовой гексагональной плоскостной структуры в кубическую алмазную. То есть мы получим настоящий алмаз. И наоборот, если мы нагреем в вакууме алмаз до температуры 1 600 0С, то он превратится в кусочек обыкновенного графита. Графеновый сорбент по своим свойствам так же резко отличается от графита, как графит от алмаза.

Строение графита очень похоже на хорошо известный нам предмет, а именно — на обыкновенную настольную книгу, только страницами у графита являются графены. Графен — это атомарный углеродный нано-слой. Атомы углерода в графенах расположены в виде шестиугольников (гексагоналов), поэтому и говорят, что графены имеют гексагональную структуру. Связи между графенами — слабые (когда мы пишем карандашом, то разрываем эти связи), их называют ван-дер-ваальсовыми связями. Связи между атомами в гексагоналах — сильные (еще их называют ковалентными связями).

Известно много способов деструкции углерода, позволяющих в той или иной степени разорвать ван-дер-ваальсовы связи. В мире запатентовано более 100 таких способов.

Описываемый способ позволяет деструктурировать углерод до степени образования углеродных наноструктур — графенов. Для этого используются определенные химические соединения, которые путем обычного смачивания проникают в межслоевые пространства графита и могут находиться в таком состоянии сколь угодно долго, никак себя не проявляя. Но при нагревании примерно до 300 0С эти соединения начинают взрывообразно разлагаться, разрывая при этом ван-дер-ваальсовы связи. Таким химическим соединением может быть даже дистилированная вода: при резком нагревании она превращается в пар, который и разрывает ван-дер-ваальсовы связи. Правда, для этого гидрофобный графит необходимо сделать гидрофильным (это не так просто, но возможно), если графит не делать гидрофильным, то вода его просто не смочит.

В результате кусок графита увеличивается в объеме примерно в 1 000 раз и превращается в легчайший черный пух, содержащий до 20% наноструктур.

Санкт-Петербургский институт ЗАО «ИЛИП» сделал электронную фотографию ГС, на которой видно, что он представляет собой так называемую «нанопланарную структуру» из псевдоплоских образований, имеющих два линейных макроразмера в единицы-десятки микрометров и один линейный наноразмер в десятки-сотни нанометров. Указанные псевдоплоские образования спаяны друг с другом по периферии, образуя наноструктуры по типу мятых листов бумаги.

Получается, что «мятые листы» ГС — это квазинаноуглерод или, если угодно, псевдонаноуглерод. При этом в фильтрах «Геракл» ГС-заполнение образует наноструктуру в чистом виде, уже без всяких приставок «квази» и «псевдо». Дело в том, что при заполнении фильтров «Геракл» ГС уплотняется, причем степень уплотнения нужно рассчитать. Если ГС уплотнен недостаточно, то поры, образующиеся между частицами ГС, слишком большие (не наноразмера), и часть молекул воды просочится сквозь них без очистки. Если ГС уплотнен чрезмерно, то образуется объемная структура с «супернанопорами», т. е. такими мелкими порами, что через них даже вода не просочится (молекулы воды крупнее этих пор).

Уплотнение ГС в фильтрах «Геракл» рассчитывается таким образом, чтобы молекулы воды и «присоединенные» к ним примеси — истинные растворы — просачивались, а более крупные примеси — не только мельчайшая ржавчина или остаточный алюминий, но и длинные молекулы органики — застревали в массе ГС.

Так, при однократной фильтрации питьевой воды мутность и количество взвешенных частиц уменьшаются в 100 (и более) раз и достигается высокая степень удаления металлов, в том числе тяжелых и радиоактивных.

Результаты однократной фильтрации воды, взятой из реки Шексна, приведены в таблице:

Исследуемый показатель

Проба воды

Фильтрат

Эффективность (%)

Цветность (град.)

120

1

99

Мутность
(мг/куб. дм)

2,65

0

100

Алюминий
(мг/куб. дм)

0,02

0

100

Окисляемость
(мг Ог/куб. дм)

14,4

4,7

67

Щелочность
(мг-экв/дм)

1

1

0

РН

7,6

7,67

__

Жесткость
(мг/куб. дм)

1,5

1,5

0

ОКБ (ед./100 мл)

40

4

90

Речная вода + СПАВ (ГСО)
(мг/куб. дм)

0,23

0,003

99


Примечание. По данным Череповецкого водоканала
Как видно из таблицы, ГС-фильтр из неочищенной речной воды позволил получить не просто питьевую воду, все показатели которой ниже ПДК, но питьевую воду очень высокого качества.

Продолжение следует

Дата: 19.03.2009
А. Ф. Кудряшов, В. В. Даниленко
"Петербургский строительный рынок" 1-2(117)
1 стр. из 1


«« назад

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!




Купить мебель в кабинет руководителя - кабинет руководителя купить киев bimebel.in.ua.