3.1 Очистка воды с помощью нанотехнологий

3.2 Очистка с помощью метода электрохимической активации

3.3 Очистка и обеззараживания воды на основе электрофизической

ионизации

Заключение

Литература

Введение

В настоящее время в науке и обществе сохраняется неослабевающий интерес к изучению воды, ее уникальных биологических и физических свойств. Познание удивительных и завораживающих свойств воды начинается от созерцания прекрасных структурных творений и осязания музыкальной гармонии воды, преподносимых Масуру Эмото [1,2]. Шокирующие эксперименты по управлению климатом, влияние воды на состояние здоровья человека и экосистем, явления электромагнетизма в воде и факты нелокального взаимодействия водных сред, включая биологические - это тот небольшой перечень из круга удивительных явлений, формирующих ореол таинственности вокруг воды [1-8]. В этих проявлениях в глубинах современной науки человеку становится ясно, что вода - это не построение из двух атомов водорода и одного атома кислорода, а нечто значительно большее, обладающее уникальными свойствами, в том числе способностью воспринимать в себе информацию как о состоянии окружающей среды, так и о биологических объектах, взаимодействующих с ней [5,8]. При этом отклик воды на подобное воздействие имеет нелокальный характер, так как может проявляться как в прошлом, так и в будущем.

В этой связи возникает вопрос: "Что представляет собой вода и чем обуславливаются ее уникальные свойства?" Для ответа на первую часть вопроса ряд известных ученых предложил различные структурные модели, основанные на способности молекул воды образовывать водородные связи. Так, с именами Дж. Бернала и Р. Фаулера связана модель воды на основе тетраэдрической координации молекул. Модель С. Катцова и Л. Холла в отличие от модели Дж. Бернала и Р. Фаулера имеет двуструктурную организацию [6,7]. Модель воды с изогнутыми водородными связями предложена Дж. Леннардом и Дж. Попплом, а модель, содержащая пустоты в каркасе водородных связей, была выдвинута О. Самойловым. В середине 60-х гг. XX в. М. Штакельбергом разработана клатратная модель воды, которая нашла экспериментальное подтверждение в газогидратах, открытых Л. Полингом [6,7]. Однако структура газогидратов Л. Полинга была получена при использовании для их создания гидрофобных соединений, не несущих на себе заряд.

В конце XX в. стало ясно, что коллективные свойства молекул воды обусловлены наличием в жидкости тех или иных дефектов. Исходная посылка таких представлений связывалась не только с газогидратами Полинга, но и с теорией гидратации ионов И. Каблукова (1891 г.), количественную оценку которой выполнили Дебай и Гюккель (1923 г.). Согласно Дебая гидратная оболочка ионов определяется радиусом экранирования... Отсюда макроскопические оценки ионного кластера дают 10⁷ ...10⁵ молекул воды, что достаточно для построения коллективного ансамбля молекул.

В 90-е гг. XX в. Дж. Препарата (1995 г.) разработана теория когерентных состояний воды, так называемой "когерентной фазы воды". Именно этот год следует считать отправной точкой исследования коллективных свойств воды. В изучение свойств когерентной фазы воды внесли вклад Д. Анагностасос (1988 г.), Дель-Джиудиче, открывшие сверхпроводимость в воде, И. Бенвенисте и другие, доказавшие наличие волн сверхтекучих электронов в воде организмов [8].

Одной из последних работ в области кооперативного поведения воды является книга, выпущенная авторами под редакцией академика РАМН Ю. Рахманина и академика РАЕН В. Кондратова (2002 г.), в которой модель воды представлена в виде свободной и ассоциированной фазы, представляющей собой структуры полиморфных льдов, стабилизированные зарядами в жидкости [8].

Проблема дальнейшего изучения кооперативного поведения воды сопряжена с исследованием условий внутренней самоорганизации воды и физико-химических свойств ассоциированной воды в объемной воде и изменений состояния ассоциированной воды под воздействием внешних физических факторов, в том числе электромагнитных взаимодействий. В свою очередь, устойчивые состояния ассоциированной воды сопряжены с термодинамикой полиморфных льдов в воде при наличии возмущающих электрофизических факторов. К таким факторам следует отнести не только наличие высоких градиентов электрического потенциала при определенной ориентации молекул воды в ее связанных фазах, но и наличие нескомпенсированных зарядов в форме ион-радикалов. Особый класс взаимодействий в ассоциированной воде обусловлен состояниями зарядов в ассоциатах воды, образующих связанные когерентные макроскопические пакеты электронов, подобных по своей природе классическим электромагнитным вихрям, формируемым сверхтекучими электронами.

Изучение закономерностей взаимодействия ассоциированной воды с факторами внешней среды основывается на анализе процессов изменения внутреннего энергетического состояния сверхтекучих электронов в кластерах воды, электрон-фононных взаимодействий и нелинейных эффектов конденсации электронов, особенно в критических состояниях ассоциатов вблизи температурных точек фазовых неустойчивостей материнской фазы воды (полиморфных льдов), когда закрепленные электромагнитные вихри приобретают свободу для транспорта, а их динамика становится существенно нелинейной [6,9].

Последовательное рассмотрение взаимосвязи структурно-физических и электромагнитных процессов, протекающих с участием когерентных волновых пакетов электронов позволяет подойти к изучению наиболее важных разделов кооперативной динамики воды, с которой связан целый класс нелинейных эффектов и явлений нелокального поведения воды. Очевидно, что основа этих явлений связана с квантовыми свойствами и критическими состояниями сверхтекучих электронов [6-9].

По-существу, изучение квантовых свойств воды переходит в стадию исследования неравновесной динамики электромагнитных вихрей в диэлектрических средах окружающей среды, обладающей избытком энергии, что составляет необходимые условия для проявления когерентных эффектов [9].

Перечислим основные требования к питьевой воде [10,11].

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. В Новых санитарных правилах и нормах (Сан ПиН 2.1.4.559-96) «Питьевая вода» были определены показатели по вирусам, ужесточены требования по наличию пестицидов, а по хлорсодержащим веществам нормы увеличены более чем в три раза. Это объясняется вынужденным выбором для очистки воды одного из двух зол: обеззараживать воду обильным хлорированием и нарушать норму по хлору или смириться с наличием в воде бактерий. При хлорировании природных вод образуются хлорсодержащие токсичные, мутагенные и канцерогенные вещества - тригалометаны. Следует отметить, что в упомянутых выше Санитарных нормах допускается содержание свинца и алюминия соответственно в 3-10 раз больше, чем это предусмотрено в стандартах ВОЗ. При этом необходимо учитывать, что свинец и алюминий относятся к классу высокоопасных веществ.

Свинец откладывается в костях, приводит к изменениям в центральной нервной системе (полиневриты, церебральный артериосклероз), крови (снижение гемоглобина, уменьшение числа эритроцитов), желудочно-кишечном тракте (спастический хронический колит), а также к нарушению обмена веществ, “угнетению” многих ферментов и гормонов. Даже небольшое количество свинца вызывает поражение почек.

Алюминий парализует нервную и иммунную системы, особенно уничтожающе он действует на детский организм, способствует развитию болезни Альцгеймера.

Длительное использование питьевой воды с нарушением гигиенических требований по химическому составу обуславливает развитие различных заболеваний у населения. Неблагоприятное биологическое воздействие избыточного поступления в организм ряда химических веществ проявляется не только в повышении общей или специфической заболеваемости, но и в изменении отдельных показателей здоровья, свидетельствующих о начальных патологических или предпатологических сдвигах в организме.

Повышение концентрации меди в питьевой воде вызывает поражение слизистых оболочек почек и печени; никеля – поражения кожи; цинка – почек; мышьяка – центральной нервной системы.

Исследования ученых из России в девяти городах Сибирского региона показывают, что влияние загрязненной воды на заболеваемость составляет от 7,7 до 41%. Ежегодно возрастает количество эпидемических вспышек острых кишечных инфекционных заболеваний, обусловленных водным фактором передачи инфекции. При этом по данным Госсанэпиднадзора РФ, очень низкое качество питьевой воды в Бурятии, Дагестане, Калмыкии, в Приморском крае, в Архангельской, Калининградской, Томской, Кемеровской, Курганской, Ярославской областях. Исследования, проведенные в Иркутской области, показали, что повышенный уровень заболеваемости язвой желудка и двенадцатиперстной кишки, хроническими гастритами, а также ишемической болезнью связан с повышенным уровнем бикарбонатов в воде. Это явление приводит и к отставанию физического развития детей. Среди 184 исследованных городов России Санкт-Петербург занимает первое место по врожденным аномалиям, болезням обмена веществ, и второе место - по онкологическим заболеваниям. Более половины питерских школьников страдают гастритом. Главная причина – грязная питьевая вода. Не лучше обстоят дела и в столице. Спад промышленности не сделал чище Москва-реку.

Таким образом, питьевая вода - важнейший фактор здоровья человека [8]. Практически все ее источники подвергаются антропогенному и техногенному воздействию разной интенсивности. Исследования свидетельствуют об ухудшении качества воды с 1995 г. и о том, что в ряде регионов уровень химического и микробиологического загрязнения водоемов остается высоким, в основном из-за сброса неочищенных производственных и бытовых стоков. Несмотря на относительную защищенность подземных вод от загрязнений, благодаря чему их стремятся использовать для питьевого водоснабжения, к настоящему времени обнаружено около 1800 очагов их загрязнения, 78% которых - в европейской части РФ. Из-за нехватки сооружений для очистки и обеззараживания воды на большинстве водопроводов с водозабором из открытых водоемов состояние источников централизованного водоснабжения в целом по стране крайне неблагополучное.

В ряде водозаборов обнаружены соли тяжелых металлов (ртути, свинца, кадмия) в концентрациях, превышающих ПДК, и возбудители инфекционных заболеваний [11]. На многих водопроводах с водозабором из поверхностных источников (34% - коммунальных и 49,3% - ведомственных) нет полного комплекса очистных сооружений, а на 18,1% и 35,1%, соответственно - обеззараживающих установок. Состояние источников питьевого водоснабжения, неудовлетворительные очистка и обеззараживание напрямую связаны с качеством питьевой воды, подаваемой потребителям. В целом по РФ 20,6% проб, взятых из водопровода, не отвечают гигиеническим требованиям к питьевой воде по санитарно-химическим показателям (15,9% - по органолептике, 2,1% - по минерализации, 2,1% - по токсическим веществам и 10,6% - по микробиологическим). Чаще всего низкое качество питьевой воды из централизованных систем водоснабжения связано с повышенным содержанием в ней железа и марганца. По данным региональных органов санэпидемслужбы, около 50 млн человек, т. е. треть населения РФ, пьют воду с повышенным содержанием железа.

Низкое качество питьевой воды сказывается на здоровье населения. Микробное загрязнение нередко служит причиной кишечных инфекций. Так, в 1998 г. в стране зарегистрировано 122 вспышки острых кишечных инфекционных заболеваний, вызванных питьевой водой (в 1997 г. - 112), с числом заболевших 4403 человек (в 1997 - 3942).

Санитарно-вирусологическое исследование воды из разных источников в Архангельской области РФ показало, что вирусный гепатит А распространяется в основном «водным путем». В Кемеровской области в 1998 г. установлен тот же путь передачи острых кишечных инфекций у 672 человек (30,8%) и вирусного гепатита А у 324 человек (55,5% от общего числа установленных диагнозов). В Свердловской области обнаружена связь между содержанием хлорорганических соединений в питьевой воде 12 городов и онкологическими заболеваниями, спонтанными абортами, частотой мутаций в соматических клетках у детей. Выяснилось, что Екатеринбург остается одним из городов максимального риска как по загрязнению воды, так и по мутагенной и канцерогенной опасности. Кроме того, здесь выявлена мутагенная активность воды перед подачей ее в городскую сеть. Мутагенный риск от хлорированной питьевой воды, поступающей с одной из фильтровальных станций, подтвержден цитогенетическим исследованием детей, живущих в соответствующих микрорайонах города. Во многих местах актуальна проблема фтора. Как известно, его биологическая роль различна в зависимости от концентрации в воде. Повышенное содержание фтора оказывает неблагоприятное влияние на костную, нервную и ферментативную системы организма, обусловливает поражение зубов (флюороз), а недостаток (менее 0,5 мг/л) влечет за собой кариес.

На Украине существующий государственный стандарт для определения качества воды не обновлялся последние 60 лет. Естественно, многое с тех пор изменилось, большинство норм и требований пересмотрены. Но санэпидемстанции продолжают пользоваться давно отжившими свой век нормативами. Прибавим к этому загрязненность рек, устаревшее водоочистительное оборудование и последствия Чернобыльской катастрофы. Качество воды в Днепре существенно изменилось в худшую сторону из-за необычайно высокого содержания органических веществ. В Киеве даже отказались от использования воды из Днепра. В Донецкой области вспыхнула энтеровирусная инфекция, которая привела к заболеванию гнойным менингитом. Причина заболевания - недоброкачественная питьевая вода. Конечно, на Украине ищут новые безхлорные технологии обработки и очистки питьевой воды, и это дает надежду на будущее.

О состоянии питьевой воды Казахстана можно писать много. Ограничимся одним фактом. Новая столица республики – Астана снабжается водой из реки Нуры. Содержание ртути, опаснейшего для жизни элемента, который разрушает костный мозг, омертвляет печень, вызывает нервно-психические нарушения, в реке Нуре и окрестных грунтовых водах в несколько тысяч раз превышает предельную концентрацию.

Вообще по данным ООН уже сегодня 80 стран мира сталкиваются с проблемами нехватки пресной воды, а 31 государство стоит под угрозой водного кризиса, причем это касается только количества пресной воды, не говоря уже о ее качестве.