Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Август » 21 » Питьевая вода
11:20
Питьевая вода

      Организм млекопитающих, в среднем, на 60% состоит из воды. Вода является не только продуктом некоторых жизненных процессов, но и растворителем, средой для большинства процессов. В основном, вода попадает в организм человека с пищей, некоторое количество образуется при окислении углеводов и из других веществ.

В сутки, взрослому человеку требуется не менее трех литров питьевой воды. От ее качества зависит здоровье и продолжительность жизни. Показателей качества воды множество, но, все они зависят от состава примесей и изотопного состава самой воды. Начнем с последнего.

Возможно существование трех изотопов водорода: протий, дейтерий (D) и тритий. Изотопов кислорода шесть: О14, О15, О16, О17, О18, О19. Следовательно, имеется 36 изотопных разновидностей воды. Чем тяжелее изотопы, входящие в состав воды, тем выше температуры замерзания и кипения. Более тяжелая вода имеет большую плотность и вязкость, в ней медленнее протекают все процессы. Растворимость всех соединений в тяжелой воде ниже, чем в легкой. Поэтому, тяжелая вода угнетает жизненные процессы всех организмов, чем меньше содержание тяжелых изотопов в питьевой воде, тем лучше.

Природные воды имеют следующий средний изотопный состав: 1Н216О – 99,73%, 1Н217О – 0,04%, 1Н218О – 0,20%, 1НD17O – 0,03%, 1HD17O – 1,2.10-15%, 1HD18O – 5,7.10-5%, D216O – 2,3.10-6%, D217O – 0,9.10-9%, D218O – 4,4.10-9%. Как видим, тяжелых изотопов в природной воде немного, естественным источником тяжелых изотопов являются ядерные процессы в земной коре и мантии. Дейтерий получают из природной воды, основная область применения – источник меченных атомов водорода для физико-химических исследований. Тритий получают в ядерных реакторах, его используют для изготовления термоядерного оружия и в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах. В перспективе, возможно использование тритий и дейтерия в качестве топлива для термоядерных реакторов. Но, об этом в соответствующем разделе.

Основные методы снижения содержания тяжелых изотопов в питьевой воде заключается в ее перегонке, отстаивании или адсорбции активированным углем.

Кроме изотопного состава, нужно учитывать примеси воды. Принята классификация примесей воды по фазово-дисперсному составу. Первая группа примесей – кинетически неустойчивые примеси, то есть, те которые оседают при отстаивании. Максимальная скорость оседания примесей наблюдается при температурах 5-10оС. Что объясняется минимумами плотности и теплового движения. В основном, это механические примеси сравнительно крупных размеров. Вторая группа примесей – кинетически устойчивые примеси, сюда относятся коллоиды. Их устойчивость обеспечивается сольватными оболочками на поверхности частиц. Снижение устойчивость оболочек происходит при кипячении, заморозке, воздействии электрического тока и др. Третья группа – примеси, растворение которых протекает по пустотному механизму, в основном это малополярные вещества значительной молекулярной массы. Взаимодействие с растворителем обеспечивается неспецифическими взаимодействиями. Четвертая группа примесей – электролиты, в основном это соли, основания и кислоты. Наибольшую опасность представляют соединения тяжелых металлов.

По величине частиц, примеси можно поделить на: взвеси (>10-7м), коллоиды (10-7 – 10-8м), молекулярные растворы (10-8 – 10-9м) и ионные растворы (<10-9м). Существую санитарно-гигиенические стандарты и требования к качеству питьевой воды, например ГОСТ 2874-82. Из которого видно, что все примеси к воде сводятся к ионному составу, определяемому достаточно простыми лабораторными методами и рецепторным критериям, определяемым простыми приборами. Более современные стандарты могут предусматривать использование сложного дорогостоящего оборудования для детального анализа всех примесей. Выше указанный ГОСТ предусматривает: оценку запахов и вкусов по пяти бальной шкале, цветность в градусах платинокобальтовой шкалы, мутность в мг/л стандартной примеси, рН, сухой остаток и ионный состав. Указывается максимальное допустимое содержание тех или иных ионов. Например, природного 238-го урана, нитрат анионов, ионов свинца, сульфатных групп и др.

Для определения всех этих показателей достаточно самого элементарного набора оборудования и реактивов.

Приведем классический метод подготовки питьевой воды из открытого природного водоема. Вначале, вода закачивается через решетку в фильтрующее отделение. Решетка задерживает крупные предметы, более мелки примеси отделяются при фильтрации через слой гравия и крупного песка. Гравий и песок периодически меняют. Затем идет отстойник с лабиринтом, где оседают мелкие примеси. Отстойник периодически чистят. Затем, в воду могут добавлять алюмокалиевые квасцы или сульфат алюминия, для первичной дезинфекции, осаждения ионов металлов (для снижения жесткости воды) и разрушения органических коллоидов (разновидность высаливания). Если вода содержит немного коллоидных примесей и имеет низкую жесткость, тогда квасцы не добавляют.

Обычно, высокую жесткость имеют равнинные воды с выходом геотермальных минеральных источников. Также, в местах концентрации осадочных (илисто-намывных) пород. Реже, высокая жесткость воды природных водоемов может быть обусловлена выходами к поверхности земли известняковых месторождений вулканического происхождения.

Большое количество коллоидов, в том числе органических, характерно для низин, особенно болот. Также, много органики содержится в водоемах южных регионов, особенно с медленным течением воды.

После ввода квасцов производят отстаивание образовавшегося студенистого осадка гидроксида алюминия в следующем отстойнике с лабиринтом. Затем идет тонкая фильтрация воды, раньше для этого использовали мелкий песок, сегодня применяют пористые полимерные материалы и керамику. После фильтрации производят хлорирование воды с целью дезинфекции. При этом вводят (по ГОСТу СССР) всего около 3-5 см3 хлора на метр кубический воды. После несложных расчетов получим, что это около 1/60 гр. на тонну воды, или 0,0015%-ный раствор. Учитывая, что хлор диспропорционирует в воде уже при комнатной температуре, ясно, что еще в объеме емкости для хлорирования, весь хлор должен перейти в соляную кислоту. Выделившийся при этом атомарный кислород убивает все микроорганизмы. Ибо, в идеале, кроме органики, там больше окисляться нечему (резервуар из нержавеющей стали).

Но, это все теория, на практике мы имеем дело с оборудование отжившим 2-5 ресурсов (многие эксплуатируемые водоочистные сооружения в мире построены еще до второй мировой войны, имеются экземпляры еще конца 19-го века) и достаточно ленивыми сотрудниками. Которые не особенно часто и не особенно тщательно чистят технологические емкости. В результате, приходится вносить в 100-1000 раз больше хлора, чем это положено по регламенту. Особенно в теплых регионах, где естественные водоемы в теплое время года просто кишат микроорганизмами. В противном случае, будет вспышка на вспышке кишечных инфекций и пр. эпидемий.

Поэтому, если вода из крана пахнет хлором, знайте, у Вас в городе, мягко говоря, не все в порядке с водоочистными сооружениями. В некоторых странах Европы используют для дезинфекции озон, полученный электрическим путем или ультрафиолетовое облучение. Если честно, разницы не много. Так как, проблема не столько в хлоре (в воде его в любом случае следы), сколько в продуктах взаимодействия хлора с органическими соединениями. А, наличие органики (в том числе, микробиологического происхождения) в воде зависит от качества очистных сооружений, а не от количества добавляемого в воду хлора.

При разрушении микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности хлором, атомарным кислородом и соляной кислотой (которая впоследствии нейтрализуется ржавчиной на трубах системы водоснабжения), получается, в числе прочих продуктов, галогенопроизводные органики, их можно условно-собирательно, назвать фреоны. Кроме того, часть хлора перепадает различным полимерным элементам системы водоснабжения (прокладки, уплотнители, изоляция и пр.). При этом, в воде, на каждую дошедшую до потребителя молекулу хлороводорода или хлора, приходится несколько сотен молекул фреонов и продуктов распада полимеров.

Характерный гнилостно-затхлый запах водопроводной воды (не везде, конечно) обусловлен именно фреонами и продуктами распада полимеров. Справедливости ради, стоит отметить, что содержание всех этих "прелестей” находится в водопроводной воде в пределах 0,001% по массе. Что не так уже и много. Но, при систематическом употреблении такой воды, вред для здоровья заметен, пусть через годы.

Фреоны, имеющие небольшую молекулярную массу, испаряются с водяным паром при кипячении воды. Фреоны с большей молекулярной массой испаряются в незначительной степени. Здесь стоит отметить, что все полимерные чайники, в той или иной степени, выделяют вредную органику при эксплуатации. Поэтому, лучше используйте металлический, стеклянный или керамический сосуд для кипячения воды.

Как-то раз, у меня спросила одна знакомая, какой фильтр для воды лучше купить. Я подробно объяснил, что фильтры для воды делятся на ионообменные и адсорбционные. Первые эффективнее очищают воду от ионов, то есть солей и кислот. Причем, чем больше заряд на ионе, тем он прочнее связывается с ионообменной смолой. Адсорбционные фильтры очищают воду от тяжелых примесей, также, при учете заряда на частицах.

Ионообменные смолы имеют вид полимерных гранул, при намокании они слегка разбухают. Адсорбенты представляют собой керамические гранулы или гранулированный активированный уголь. Адсорбирующие фильтры более дешевы и получили более широкое распространение. В отличие от большинства адсорбентов, ионообменные смолы сгорают в открытом пламени практически без остатка (исключение, полисиликаты, но их, насколько мне известно, в бытовых фильтрах используют крайне редко).

Если, по какой-то причине, Вы не хотите пользоваться заводским фильтром, можно порекомендовать очистку воды активированным углем. При этом, расход составляет 1 таблетка угля примерно на 4-5 литров питьевой воды. Очистка аналогична обычному отстаиванию, но, в начале процесса забрасываете в емкость таблетку угля. Осевшую черную муть употреблять не следует, воду сливать аккуратно, не взбалтывая осадок на дне. В отличие от обычного осаждения, адсорбцию примесей углем желательно вести при минимальных температурах, вплоть до +2 – 3оС.

Хотелось бы уточнить, что любые адсорбенты собирают из воды самые крупные, тяжелые и заряженные частицы. То есть, не только ионы тяжелых металлов, но и молекулы фреонов и другой органики. Последняя, попадает в водопровод не только из внешнего водоема, но и как продукт распада полимерных частей трубопровода. По технико-экономическим причинам, а иначе, в погоне за прибылью, в последние годы наблюдается увлечение полимерными материалами для изготовления деталей систем водоснабжения. Хотя, продукты распада полимерных композиций значительно опаснее для здоровья, чем ржавчина.

Оптимальным, по всем показателям, материалом для водопроводов и любых гидравлических и пневматических магистралей, является нержавеющая сталь. К сожалению, это понимают только немногие и только в нескольких странах Европы (наиболее богатых, следовательно, имеющих возможность вкладывать в здоровье будущих поколений). В частности, по моим сведениям, это: Бельгия, Швеция, Норвегия, Германия, Швейцария, возможно еще одна-две страны. Остальные, почти 200 стран мира "экономят”.

Очень насущная, на сегодняшний день (тем более, "на завтрашний”), проблема – опреснение морской воды и очистки сточных вод. Ибо, в некоторых странах мира, уже сегодня, питьевая вода стоит почти столько же, сколько и сырая нефть (Ливия, Сирия, Египет, Оман и др.). Существует множество методов очистки воды, наиболее классические: электрофорез, перегонка, гиперфильтрация (обратный осмос) и др. При, например, перегонке 1 литра воды затрачивается около 3 МДж энергии, что эквивалентно сжиганию 250 гр. сухой древесины или 90 гр. нефтепродуктов. При учете тепловых потерь процесса и прочего несовершенства оборудования, находим, что для перегонки 1 литра воды расходуется примерно 1/5 килограмма мазута, или 1/3 килограмма угля. Сюда следует отнести еще амортизацию оборудования и зарплату рабочим.

Два других распространенных метода значительно более совершенны, но и они не придел мечтаний. Примеров государств, испытывающих острый или существенный дефицит чистой воды, достаточно много (жаркие страны Юго-восточной и центральной Азии, Китай, обе Кореи, большинство стран Африки и ближнего востока и некоторые страны центральной Америки, короче, почти каждое третье государство Мира, в которых проживает около 60% населения планеты). В основном, причины такого произвола кроятся в нищете государств при высокой плотности населения или в форсированных темпах развития промышленности, при слабой заботе об экологии. Россия является одной из стран, не испытывающей недостатка в чистой воде.

Мы еще вернемся к теме этой статьи впоследствии.

Категория: Пищевые продукты | Просмотров: 1783 | Добавил: Chemadm | Теги: очистка питьевой воды, обмен веществ, Пищеварительная система | Рейтинг: 4.7/29
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]