Экология и загрязнение воды

Экология и загрязнение воды

Содержание

Введение

Источники загрязнения внутренних водоёмов

Методы очистки сточных вод

Электрохимическая активация - экологически чистые технологии настоящего и будущего, новый подход к решению экологических проблем цивилизации

Некоторые области эффективного применения электрохимической активации

Электрохимические установки для очистки питьевой воды"изумруд"(функциональные характеристики, особенности, сравнение с бытовымиводоочистителями других систем, условия эксплуатации, биологические свойства очищенной воды)

Технологический процесс очистки воды "изумруд"

Заключение

Список литературы

1. Введение

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.

Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км³. При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.

Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.

На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.

2. Источники загрязнения внутренних водоемов

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.

Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.

Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.

К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.

Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.

Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде. Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается кол-во кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.

Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.

Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.

Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.

Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано, что инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных растений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.

В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства.

Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясо-молочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоемов.

В сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органических относятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий.

Нагретые сточные воды тепловых ЭС и др. производств причиняют “тепловое загрязнение”, которое угрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого “цветения воды” Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота.

3. Методы очистки сточных вод

В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно- бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.

Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения- сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода)

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.

Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.

Среди методов очистки сточных вод большую роль должен сыграть биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротен0ки.

В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.

В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.)

Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.

4. Электрохимическая активация - экологически чистые технологии настоящего и будущего, новый подход к решению экологических проблем цивилизации

Техническая цивилизация не может существовать без использования технологических водных растворов и чистой воды. Ежедневно в мире приготавливаются миллионы кубических метров различных растворов из предварительно очищенной воды и химических реагентов, получаемых из природного минерального сырья. Ежедневно миллионы кубометров отработанных технологических растворов подвергают очистке перед сбросом в канализацию, пытаясь освободить от вредных веществ. Однако, возвращение воды в исходное состояние после очистки принципиально невозможно вследствие термодинамических ограничений. В результате подобной деятельности человека проявились опасные тенденции в природе.

Запасы пресной воды в мире неуклонно уменьшаются по причине все возрастающей ее минерализации. В последние десятилетия резко возросла доля ионов тяжелых металлов в общем солесодержании природных вод. Постоянно увеличивается концентрация растворенных пестицидов, удобрений, моющих средств, нефтепродуктов. Все больше усилий необходимо затрачивать, чтобы получить воду, пригодную для питья, питания котлов тепло- и электростанций, полива растений и производства различных изделий: машин, станков, мебели, тканей, лекарств, бытовой техники.

Снижается доступность минеральных сырьевых ресурсов Земли. Возрастает стоимость добычи, транспорта, конечных продуктов их переработки: кислот, щелочей, окислителей, восстановителей, коагулянтов и других химических реагентов, которые обычно используются как для приготовления различных технологических водных растворов, так и для очистки питьевой и сточной воды. Усложняются системы очистки использованных технологических растворов, увеличивается стоимость процессов очистки.

Наиболее широко распространенные в мире методы очистки питьевой воды и отработанных водных растворов основаны на моделировании природных процессов - фильтрации, сорбции, ионного обмена. Однако, установки в которых реализованы указанные процессы, нуждаются в регенерации и периодической замене основного рабочего элемента: фильтров, сорбентов, ионообменных смол. При этом возникают проблемы с утилизацией отработанных материалов, а также сохраняется необходимость восполнения их потерь путем производства из невозобновляемых сырьевых запасов новых материалов взамен отработанных. Очевидно, стратегия наименьшего экологического ущерба при сохранении достигнутого уровня жизни населения Земли или при его улучшении, должна быть основана на использовании технологий, позволяющих обеспечить минимально возможное вовлечение в производственно-хозяйственную деятельность человека природных минеральных сырьевых ресурсов, которые в естественном состоянии (месторождения полезных ископаемых) не представляют угрозы окружающей среде, но после серии различных технологических преобразований рассеиваются в виде растворимых в воде соединений. Одним из естественных процессов, имеющих самое широкое распространение в живой и неживой природе является электрохимическое преобразование веществ, т.е. окислительно-восстановительные реакции, связанные с удалением или присоединением электрона. Этот природный процесс более эффективен в сравнении с вышеназванными. Теоретические расчеты показывают, что потенциальные возможности электрохимического кондиционирования воды (очистки, умягчения, опреснения, обеззараживания и т.д.) более чем в 100 раз превосходят фильтрационные, сорбционные и ионообменные методы по экономичности, скорости и качеству. Кроме того, электрохимические реакции позволяют без дополнительных затрат химических реагентов преобразовать пресную или слабосолоноватую природную воду в высокоактивный технологический раствор, обладающий практически любыми необходимыми функциональными свойствами.

Эти теоретические расчеты получили полное практическое подтверждение благодаря появлению в 1972 году нового направления прикладной электрохимии - электрохимической активации воды и водных растворов (ЭХА) и созданным в 1989 - 1990 годах компактным модульным проточным диафрагменным электрохимическим реакторам РПЭ. Реакторы РПЭ принципиально отличаются от известных электрохимических устройств. Конструкция и технология их использования в различных областях промышленности, сельского хозяйства, медицины непрерывно совершенствуются коллективом исследователей, развивающим это научное направление.

Электрохимическая активация представляет собой самостоятельную область прикладной электрохимии наряду с традиционными, такими как электрохимическое производство водорода, кислорода, хлора, щелочей или гальванотехника, и имеет несколько принципиальных особенностей. Термин электрохимическая активация (ЭХА) появился в результате серии исследований, которыми было установлено, что жидкости, подвергнутые униполярному (анодному или катодному) электрохимическому воздействию переходят в термодинамически неравновесное состояние и в течение времени релаксации проявляют аномально высокую химическую активность. Этот термин был введен в науку академиком российской академии медико-технических наук В.М. Бахиром. В отличие от известных электрохимических процессов, исходным веществом в процессах электрохимической активации являются разбавленные водно-солевые растворы, пресная или слабоминерализованная вода, т.е. жидкости низкой электропроводностью. Конечным продуктом ЭХА являются не концентрированные химические вещества, а активированные растворы, т.е. низкоминерализованные жидкости в метастабильном состоянии. Электрохимическая активация практически не используется как самостоятельный технологический процесс. Ее целью является уменьшение или полное исключение расхода химических реагентов, снижение загрязненности растворов, повышение качества целевых продуктов, сокращение времени, повышение эффективности и упрощение различных технологических процессов. Иными словами ЭХА используется для создания высокоэффективных и экологически чистых технологий в различных областях человеческой деятельности. Практически в любой области человеческой деятельности, там, где имеется соприкосновение с жидкостью, могут использоваться технологии ЭХА.

5. Некоторые области эффективного применения электрохимической активации

Ниже приведена краткая информация о некоторых технологиях с использованием электрохимической активации, проверенных экспериментально и защищенных авторскими правами.

В КОММУНАЛЬНОМ ХОЗЯЙСТВЕ.

Обеззараживание воды в бассейне проводится при помощи нейтрального анолита, вырабатываемого в установках типа СТЭЛ. При добавлении анолита снижается жесткость и изменяется структура воды, что оказывает благоприятное воздействие на кожу купающихся. Обработка сточных вод с целью их обеззараживания и окислительной деструкции токсичных органических соединений. Обеззараживание воды в системе городского питьевого водоснабжения без использования жидкого хлора при помощи нейтрального анолита и добавляемого в воду в соотношении 1:1000. Данный способ прошел апробацию в ряде регионов России и продемонстрировал возможность исключения образования токсичных вторичных продуктов хлорирования и сокращения затрат на процесс кондиционирования воды в 8 - 10 раз по сравнению с лучшими зарубежными и отечественными технологиями. Свойства растворов АН и К позволяют использовать их на различных стадиях прачечного производства (замачивание, стирка, прополаскивание, отбеливание). Опыт эксплуатации установок СТЭЛ в прачечном производстве Ташкента, Санкт-Петербурга, Одессы, Москвы и других городов позволяет сделать следующие выводы :

применение растворов АН и К показало их высокую эффективность как основногокомпонента процесса стирки. при использовании этих растворов почти на 70 % сокращается расход пергидроля,применяемого в процессе стирки для отбеливания, значительно сокращается расходсинтетических моющих средств. При дезинфекции белья (что особенно важно для бельямедицинского назначения) можно полностью отказаться от традиционных хлорсодержащихдезинфицирующих средств. Сокращается время стирки.

В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ.

Технология силосования зеленых кормов с использованием в качестве консерванта электрохимически активированного раствора позволяет исключить дорогостоящие и дефицитные консерванты при одновременном повышении качества, сохранности и питательной ценности силоса, исключить загрязнение окружающей среды.

Технология хранения овощей (моркови, сахарной свеклы, капусты, картофеля) и фруктов (мандаринов, черешен, яблок, винограда, вишен) с использованием в качестве обеззараживающего и консервирующего средства электрохимически активированных растворов, позволяет исключить ксенобиотические химические препараты, повысить на 50-300 % сроки хранения плодоовощной продукции (по сравнению с известными лучшими способами хранения), сохранить витаминный состав и сахаристость, подавить развитие грибковых и вирусных заболеваний плодов растений, повысить устойчивость сохраняемой продукции к неблагоприятным условиям хранения (перепады температур, влажности, тряска при транспортировке).

Замачивание семян растений перед посадкой в электрохимически катодно активированной воде и их полив электрохимически активированной водой увеличивает урожай на 10-15 %.

Поение птиц электрохимически активированной водой ускоряет их рост и развитие на 10 %, уменьшает расход кормов на 15 %, сокращает падеж на 80 %.

Обработка тушек птицы электрохимически активированной водой повышает их сохранность и улучшает товарный вид за счет полного удаления перьев при пониженной температуре.

В МЕДИЦИНЕ.

Дезинфекция, предстерилизационная очистка и стерилизация изделий из металла несложной конфигурации (скальпели, пинцеты и т.п.), из металла сложной конфигурации (иглы, ранорасширители, щипцы для удаления зубов и т.п.), боров зубных разных, изделий из стекла (пробирки, капилляры и т.п.), из резины (катетеры, зонды и т.п.), из силиконовой резины (дренажи протезы и т.п.), перчаток резиновых, эндотрахеальных трубок, капиллярных и пластинчатых диализаторов и оксигенаторов, эндоскопов.

Дезинфекция и мойка посуды, игрушек, поверхностей, покрытых пластиком, масляной краской, линолеумом, санитарно-уборочного инвентаря, помещений.

Обработка рук хирурга.

Лечение ожогов, трофических язв, дерматозов, гнойных, вялогранулирующих ран, послеоперационных, посттравматических, и постиньекционных и других гнойных осложнений, мастита, бурсита, панариция, неспецифического язвенного колита, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, гипертонии, болезней почек, подагры, аллергических заболеваний (в т.ч. астмы), стоматозной экземы, лейкозов, а также нарушений обмена веществ в ферментативной функции желудка, сальмонеллеза гастроинтестинальной формы, кольпитов, заболеваний, связанных с нарушением иммуногенеза, гингивитов, острой бактериальной дизентерии, стоматитов, гемолитической анемии, парадонтитов, вирусных гепатитов А и Б, заболеваний печени и желчевыводящих путей, стенокардии, гипертонической болезни, сахарного диабета, возрастных нарушений обмена (ожирение, окостенение хрящей, кератозы), мочекислого диатеза. Сокращение или исключение расхода антибиотиков при лечении хронического гематогенного и посттравматического остеомиелита, поддиафрагмального, межпетельного и тазового абсцесса брюшной полости; лечение грибковых заболеваний, геморроя.

ОЧИСТКА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ.

Метод электрохимической активации применяется для очистки иобеззараживания воды, качество которой вызывает сомнения. Помимоочистки, при использованиии метода ЭХА вода приобретает свойствакатализатора биохимических реакций в человеческом организме,способствует выводу шлаков и укреплению иммунной системы.

6. Электрохимические установки для очистки питьевой воды"ИЗУМРУД"

(Функциональные характеристики, особенности, сравнение с бытовымиводоочистителями других систем, условия эксплуатации, биологические свойства очищенной воды)

В настоящее время на мировом рынке продается более тридцати тысяч разновидностей бытовых систем очистки питьевой воды. Основными методами очистки воды в бытовых устройствах являются сорбция (преимущественно с использованием активированного угля), фильтрация (микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос), ионный обмен, ультрафиолетовое облучение, серебрение.

Широко применяется комбинирование этих методов.

Сравнительно недавно появились установки нового поколения "Изумруд", в которых очистка воды производится электрохимическим и каталитическим способами. Эти установки уникальны и не имеют прямых аналогов. Вопрос о преимуществах и недостатках различных моделей бытовых водоочистителей в конечном итоге будет решен потребителем и соответствующими медико-биологическими и гигиеническими службами. Идеальных установок для очистки питьевой воды не существует. Неизвестно также, какая вода в пределах характеристик, регламентированных ГОСТ, является наилучшей для организма каждого конкретного человека. Здесь излагается точка зрения разработчиков установок "Изумруд", основанная на собственных наблюдениях и на данных испытаний, проведенных независимыми лабораториями и научными центрами. Водоочистители адсорбционного, ионообменного, мембранного и адсорбционно-мембранного типа задерживают микроорганизмы, которые размножаются на внутренних поверхностях установок, в порах сорбентов, на поверхности фильтрующих мембран. Даже в тех случаях, когда выход из адсорбционной или мембранной системы водоочистной защищен противомикробным фильтром, бактерии могут размножаться на выходной поверхности противомикробного фильтра и на внутренних поверхностях выходных магистралей, что является фактором эпидемиологического риска. Поэтому адсорбционные, ионообменные, мембранные и комбинированные бытовые водоочистительные системы непригодны для работы с водой, небезопасной в микробиологическом отношении.

Установки "Изумруд" свободны от указанного недостатка , поскольку даже при сверхвысоком содержании в исходной воде бактериальных и вирусных тел 106 - 108 в одном миллилитре (мл) после очистки в установках "Изумруд" количество микроорганизмов в воде уменьшается до 10 - 102 на мл (на пять-шесть порядков). Соответствующие данные получены при проведении анализов в лабораториях Беркширской и Оклендской микробиологических служб (Великобритания). Кроме того, в момент электрохимической обработки вода приобретает бактериостатические характеристики, аналогичные свойствам родниковых вод. Вследствие этого выходные магистрали электрохимических водоочистителей не подвергаются инфицированию. В процессе длительного хранения вода, очищенная в установках "Изумруд", может утратить бактериостатические свойства. Бактерицидные вещества, образующиеся в анодной камере электрохимического реактора, обладают очень высокими антимикробными свойствами, намного превосходящими по эффективности обычные антисептики (хлорамин и др.). Эти вещества, присутствующие в воде в пропорции 1 : 1000, обеззараживают ее даже в случае интенсивного микробного обсеменения. При этом погибают не только возбудители типичных желудочно-кишечных инфекций (возбудители дизентерии, сальмонеллеза, холерный вибрин), но и экзотические патогенные микроорганизмы тропических стран. Этот факт подтвержден наблюдениями сотрудников Британской компании Enigma во время Руандийского кризиса, а также данными по обеззараживанию воды плавательных бассейнов в Москве и в г. Лас-Вегас, Невада, США. В последнем случае успешно подавлялся рост "черных водорослей" (Black Algae).

Адсорбционные устройства для доочистки питьевой воды (чаще угольные) имеют ограниченную сорбционную емкость , которая заполняется со скоростью , зависящей от уровня загрязнений в исходной воде: чем сильнее загрязнена вода , тем быстрее исчерпываются функциональные возможности сорбента. После того как все сорбционные места в порах сорбента заняты различными веществами (адсорбатами) , начинается процесс их десорбции. Этот процесс ускоряется при бактериальном заражении установки. В результате качество воды, проходящей через отработанный сорбент, ухудшается в еще большей степени. В зависимости от индивидуальных условий выход из строя угольного водоочистителя по указанным причинам может наступить в сроки от нескольких дней до нескольких месяцев. Следовательно, здесь необходим частый контроль качества воды и при необходимости смена картриджа , а это не всегда возможно по организационным и экономическим причинам. Кроме того угольные сорбенты и ионообменные смолы плохо удаляют из воды соединения тяжелых металлов и избыточные минеральные компоненты.

Мембранные фильтры тонкой очистки согласно рекламным данным задерживают 90-95 % всех находящихся в воде элементов и соединений, в том числе необходимые для человека и животных микро- и ультрамикроэлементы (кальций, магний, калий, натрий, литий, серебро, фтор, йод и другие). Как известно дистиллированная вода минерализацией менее 0,01 г/л заведомо непригодна для питья. Регулярное употребление деминерализованной воды с содержанием солей менее 0,1 г/л обуславливает физиологический дефицит полезных микро- и ультрамикроэлементов, что отрицательно сказывается на состоянии здоровья населения некоторых регионов с низкоминерализованной водой и у полярников, пьющих снеговую воду. В соответствии с ГОСТ 2874-82 минерализация питьевой воды не должна превышать 1,0 г/л. Во многих городах России минерализация питьевой воды 0,2 - 0,5 г/л, после очистки ее методом обратного осмоса или ультрафильтрации потребитель получит воду с концентрацией солей 0,01 - 0,05 г/л. Следовательно существующие системы мембранных водоочистителей, которые пропускают "только воду", создают риск патологии, связанной с потреблением чрезмерно обессоленной воды.

Дефицит микро- и ультрамикроэлементов в организме может быть скорректирован специальной диетой. Однако некоторые микро- и ультрамикроэлементы воды практически незаменимы.

При работе с водой минерализацией 0,1 - 0,5 г/л через электрохимический реактор установки "Изумруд" проходит ток силой 0,3 - 0,4 А. В этом случае общая минерализация обработанной воды почти не меняется, ионы тяжелых металлов переходят в форму нетоксичных и труднорастворимых гидроксидов и гидроксидоксидов, микробы, находящиеся в воде, разрушаются, органические вещества, а также неорганические токсические соединения (в том числе нитраты и нитриты) подвергаются анодной окислительной деструкции. Сильные неорганические окислители (в том числе хлор) и сверхактивные радикальные частицы инактивируются в реакционно-вихревой и каталитической камерах. Эффективность удаления активного хлора и хлор содержащих окислителей в установках "Изумруд" не менее 90 %.

Некоторые покупатели жалуются на присутствие запаха хлора в воде, прошедшей через установку. На самом деле это запах летучих сильных окислителей, который воспринимается как запах хлора. Период жизни этих соединений не превышает нескольких десятков минут, а концентрация их очень мала и не создает токсикологического риска. Водоочистители "Изумруд" не всегда устраняют присутствующие в воде запахи. Однако в этих случаях интенсивность запаха свидетельствует, что постороннее газообразное вещество улетучивается. Достаточно подвергнуть очищенную воду выстаиванию в обычной посуде в течение нескольких часов и посторонние запахи исчезнут. В зависимости от типа установки очищенная вода меняет величину ОВП, при этом кислотно-щелочные характеристики очищенной воды близки к нейтральным значениям (рН = 7). Высокий ОВП и ряд других физико-химических условий в анодной камере электрохимического реактора исключают образование токсических хлорорганических веществ и обеспечивают полную окислительную деструкцию диоксинов, если они содержатся в водопроводной воде. Физиологически полезные микро- и ультрамикроэлементы (кальций, калий, магний, литий, фтор и другие) не образуют под влиянием электрохимической обработки нерастворимых соединений и остаются в составе питьевой воды. По данным лаборатории фирмы Oaklend Calvert Consaltants, Ltd (Engl.) при содержании в исходной воде ионов серебра 68 мкг/л в очищенной воде содержание ионов серебра составило 56 мкг/л, то есть потерь серебра не было. В то же время токсичные ионы металлов (меди, железа, олова, алюминия, ртути, цинка, хрома удалялись на 85-99,9%.

Присутствующие в воде радионуклиды также превращаются в формы нерастворимых соединений, которые частично оседают на катоде и удаляются при промывании установки. Если эти соединения попадают с водой в желудочно-кишечный тракт, то они не всасываются в кровь и удаляются из кишечника естественным путем. Естественное свойство полезных для организма микро- и ультрамикроэлементов состоит в том, что в результате окислительно-восстановительных реакций они не участвуют в образовании труднорастворимых или нерастворимых комплексов. Это увеличивает вероятность участия этих элементов в биохимических реакциях и делает их совместимыми с организмом. По этой же причине полезные элементы не образуют нерастворимых комплексов при электрохимической обработке и сохраняются в очищенной воде в ионизированной форме. В то же время элементы легко вступают в химические комплексы, в том числе с белковыми соединениями. Как правило они денатурируют белок и поэтому токсичны. Однако по причине склонности вступать в комплексы токсичные элементы при электрохимической обработке переходят в нерастворимые и безопасные для организма формы. Избирательное сохранение в воде полезных ионов и удаление вредных - уникальная естественная особенность электрохимических водоочистителей.

Гидроксиды и гидроксидоксиды тяжелых металлов могут растворятся в крепких кислотах, в том числе в соляной кислоте. Соляная кислота в норме присутствует в желудочном соке. Но желудочный сок сам по себе или в присутствии перевариваемой пищевой массы представляет собой сложную органическую среду, содержащую белки и полисахариды. Эти соединения играют роль внутренних адсорбентов (энтеросорбентов), которые легко связывают молекулы гидроксидов и гидроксидоксидов. В таком виде гидроксиды и гидроксидоксиды тяжелых металлов защищены от действия соляной кислоты. Поэтому они не растворяются в желудке, а затем выводятся из организма естественным путем. Аналогичным образом наши внутренние сорбенты связывают хлопья солей жесткости, оксидов железа. Эти компоненты практически безвредны для организма. Однако их присутствие в питьевой воде меняет ее вкус и нежелательно по эстетическим соображениям. Избавиться от хлопьев солей жесткости или ржавчины можно только с помощью фильтрации.

Электрохимическая обработка в этом случае малоэффективна. При работе с водой, содержащей хлопьевидные взвеси, фильтры тонкой очистки воды быстро забиваются и выходят из строя. Водоочистители "Изумруд" хорошо удаляют из воды фенол и тетрахлорэтилен (на 90 - 99,9% в зависимости от исходной концентрации). Суммарное количество органических соединений в воде после электрохимической очистки уменьшается на 1/3. В загрязненной питьевой воде большую опасность представляют гидрофобные токсины. В результате анодного окисления эти токсины переходят в относительно безвредные гидрофильные формы, которые легко удаляются из организма с физиологическими выделениями.

Таким образом, электрохимическая очистка воды в установках "Изумруд" при правильной эксплуатации обеспечивает:

обеззараживание воды;

эффективное удаление или инактивацию токсических элементов и соединений;

удаление избыточных концентраций солей и компонент твердого осадка;

направленное изменение ОВП и активацию воды при сохранении нейтральных

кислотно-щелочных характеристик ;

сохранение нормального количества биологически полезных микро- и ультрамикроэлементов.

Ряд элементов и соединений в процессе электрохимической обработки подвергаются трансформации и остаются в воде в измененном виде. Возникает вопрос: представляют ли эти вещества опасность для здоровья потребителя? Ответ на подобный вопрос представляется оптимистическим. Дело в том, что интенсивное окислительно-восстановительное воздействие лежит в основе универсального механизма разрушения различных химических ядов. При этом образуются промежуточные менее токсичные или нетоксичные продукты. Доказательством тому служат медицинские исследования процессов прямой и непрямой электрохимической детоксикации крови (Н.А. Лопаткин, Ю.М. Лопухин. Эфферентные методы в медицине. М. "Медицина". 1989. С. 320-340). Пропускание через кровь слабого постоянного электрического тока или введение в сосудистую систему электрохимически синтезированных окислителей сопровождалось значительным уменьшением общей токсичности крови за счет разложения ядовитых продуктов и метаболических шлаков. Электрохимическая детоксикация водных сред, в том числе питьевой воды основана на аналогичном принципе. Функциональная особенность электрохимического реактора установок "Изумруд" состоит в том, что вода подвергается раздельной (униполярной) обработке в анодной и катодной камерах, что повышает эффективность обеззараживания и очистки.

Установки "Изумруд" не подвергаются вторичному инфицированию микрофлорой. Однако электрохимические водоочистители не предназначены для работы с деминерализованной или мутной водой.

Традиционные фильтры тонкой очистки согласно рекламным данным должны задерживать подавляющую часть находящихся в воде элементов, соединений, частиц и микроскопических организмов. С нашей точки зрения бытовые водоочистители мембранно-адсорбционного типа могут подвергнутся заражению вторичной микрофлорой, удаляют из воды биологически полезные элементы, не имеют механизма направленного действия на показатели ОВП и рН.

При пользовании бытовыми очистителями воды разных систем риск потребителя определяется конкретными условиями эксплуатции, соблюдением инструкций по применению изделия, сервисными характеристиками и общей культурой работы с установкой. Установки "Изумруд" имеют гигиенический сертификат и проходили медицинские испытания в ряде клиник и научных центров г. Москвы (в Центре эфферентной медицины, в Центре колопроктологии, в урологическом отделении Городской клинической больницы N 67, в Бассейновой больнице N 6, в Госпитале ветеранов войны), г. Санкт-Петербурга (Санкт-Петербургская государственная медицинская академия им. И.И.Мечникова, детский сан. "Огонек" и т. д.).

Ресурс водоочистителей "Изумруд" не менее 1000000 л без замены работающего элемента при правильном уходе за установкой. Водоочистительные системы адсорбционно-мембранного действия в реальных условиях эксплуатции имеют ресурс работы около полугода, после чего они выходят из строя или требуют смены рабочих фильтров. Относительное неудобство, связанное в регулярными промывками установок "Изумруд" компенсируется экономической выгодой и качеством обработанной воды.

Представление о том, что в процессе очистки воды с помощью фильтрующих или сорбирующих устройств возможно задержать все вредные вещества и сохранить полезные является ошибочным. Разделить по признаку полезности десятки тысяч различных растворенных веществ принципиально невозможно фильтрационными и сорбционными методами как взятыми отдельно, так и в любых возможных сочетаниях. Кроме того, концентрирование содержащихся в воде полезных или вредных веществ на поверхности фильтрующих мембран или в порах сорбента всегда приводит в первую очередь к задерживанию микроорганизмов, к ускорению их размножения и усиленному выделению микробных токсинов в воду при одновременном резком снижении фильтрующей или сорбирующей способности активных элементов водоочистительного устройства. Очистка воды в установках "Изумруд" основана на использовании процессов окисления и восстановления, благодаря которым разрушаются и нейтрализуются все токсические вещества в природе. В установках "Изумруд" природные процессы естественной окислительно-восстановительной деструкции и нейтрализации токсических веществ ускоряются многократно за счет прямых электрохимических реакций, а также благодаря участию в процессах очистки электрохимически синтезированных из самой очищаемой воды и растворенных в ней солей высокоактивных реагентов: озона, атомарного кислорода, пероксидных соединений, диоксида хлора, короткоживущих свободных радикалов. Это обеспечивает высокую эффективность и экологическую безопасность процесса очистки воды в сравнении с другими известными методами.

7. Технологический процесс очистки воды "ИЗУМРУД"

В корпусе установки "Изумруд М" размещены: диафрагменный электрохимический реактор РПЭ-1, каталитический реактор, вихревая реакционная камера, источник питания и система автоматического включения и отключения установки. Реактор РПЭ-1, основной частью которого является проточный электролитический модульный элемент ПЭМ, является миниатюрным экономичным высокопроизводительным электрохимическим устройством, работающим в проточном режиме. Гарантийный ресурс непрерывной работы реактора РПЭ-1 в установке составляет 30000 часов. Реактор РПЭ-1 является основной частью установки и запатентован в России, Великобритании, США, Германии и Японии. Анод элемента ПЭМ в реакторе установки изготовлен из титана со специальным покрытием, в состав которого входят иридий, платина, рутений. Титановый катод имеет повышенную каталитическую активность за счет специальной обработки поверхности. Ультрафильтрационная керамическая диафрагма из оксидов циркония, иттрия и алюминия находится между анодом и катодом элемента ПЭМ и не допускает смешивания воды в анодной и катодной камерах. В то же время диафрагма обеспечивает беспрепятственную миграцию ионов в электрическом поле между анодом и катодом. Каждый микрообъем воды, протекающей в камерах реактора РПЭ-1, соприкасается с поверхностью электрода и подвергается интенсивному воздействию электрического поля в двойном электрическом слое (ДЭС), образованном зарядами на электроде и противоионами в воде. Это гарантирует высокое качество очистки воды. Кроме того, под влиянием электрического поля ДЭС структурная сетка водородных связей разрыхляется, молекулы воды обретают дополнительные степени свободы, что облегчает усвоение такой активированной в электрическом поле воды клетками живых организмов и ускоряет удаление биологических шлаков. Аналогом процесса структурной модификации воды в электрическом поле ДЭС являются фазовые переходы при таянии льда (талая вода), структурные превращения воды в электрических разрядах грозовых ливней, или физико-химические воздействия, которым подвергается вода на большой глубине в горных породах при высокой температуре в начальной стадии формирования целебных минеральных источников. Однако, обработка воды в электрическом поле ДЭС отличается намного большей глубиной преобразования ее структуры и ярко выраженной направленностью воздействия: электронодонорного у катода и электронакцепторного у анода.

Вся гидравлическая система установки изготовлена из химически весьма стойких материалов, разрешенных к применению в изделиях медицинской техники.

В установке используются следующие процессы очистки воды:

электролитическое и электрокаталитическое анодное окисление в сочетании с электро-миграционным переносом (реактор РПЭ N 1);

гомогенные реакции окисления с помощью катализаторов - переносчиков электронов

(вихревая реакционная камера Е);

гетерогенные окислительно-восстановительные

реакции с участием катализаторов - перенос-чиков электронов (каталитический реактор К);

электролитическое и электрокаталитическое катодное восстановление в сочетании с электро-миграционным переносом (реактор РПЭ N 2).

Все указанные процессы в установке разделены в пространстве и во времени, что обеспечивает наилучшие результаты очистки.

8. Заключение

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.

Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.

В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод.

На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4 % национального дохода ориентировочно, на примере США, относительные затраты составляют (в %) : охрана атмосферы 35,2 % , охрана водоемов - 48,0, ликвидация твердых отходов - 15,0, снижение шума -0,7, прочие 1,1. Как видно из примера, большая часть затрат - затраты на охрану водоемов, Расходы, связанные с получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целей отходов производства различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы

Список литературы

.Алферова А.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов М.: Стройиздат 1987

2. Проблемы развития безотходных производств Б.Н. Ласкорин, Б.В. Громов, А.П. Цыганков, В.Н. Сенин М.: Стройиздат 1985

3. Кафаров В.В. Принципы создания безотходных химических производств М.: Химия 1984

4. Беспамятнов Г.П.,Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде Л.: Химия 1987.

5. Абрамович С.Ф. Раппорт Я.Д. Тенденции развития водоснабжения городов за рубежом. Обзор М.: ВНИИИС 1987

6. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод М.: Стройиздат 1984

7. Жуков А.И. Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод М.: Стройиздат.

8. Евилович А.З. Утилизация осадков сточных вод М.: Стройиздат 1989

9. А.Г. Банников , А.К. Рустамов, А.А Вакулин Охрана природы М.: Агропромиздат 1987

10 П.И. Капинос, Н.А. Панесенко Охрана природы Киев: “Выща школа” 1991

11. Охрана окружающей природной Среды Под редакцией Г.В. Дуганова Киев: “Выща школа” 1990

12. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Под редакцией О.А. Юшманова М.: Агропромиздат 1985

13. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения Под редакцией И.К. Гавич М.: Агропромиздат 1985

14. Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков Под редакцией В.Н. Соколова М.: Стройиздат 1992