/>/>/>Содержание
1. Введение
2. Источникизагрязнения внутренних водоёмов
3. Методы очисткисточных вод
4. Электрохимическаяактивация — экологически чистые технологии настоящего и будущего, новый подход к решению экологическихпроблем цивилизации
5. Некоторые областиэффективного применения электрохимической активации
6. Электрохимическиеустановки для очистки питьевой воды«изумруд»(функциональные характеристики,особенности, сравнение с бытовымиводоочистителями других систем, условияэксплуатации, биологические свойства очищенной воды)
7. Технологический процессочистки воды «изумруд»
8. Заключение
9. Список литературы 1. Введение
Вода — ценнейший природныйресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ,составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном исельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовыхпотребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ онаслужит средой обитания.
Рост городов, бурноеразвитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительноерасширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряддругих факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.
Потребности в воде огромныи ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видамводоснабжения составляет 3300-3500 км3. При этом 70% всеговодопотребления используется в сельском хозяйстве.
Многоводы потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная ицветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличениюпотребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностейотрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая частьводы после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки ввиде сточных вод.
Дефицит пресной воды ужесейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребностипромышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мираискать разнообразные средства для решения этой проблемы.
На современном этапеопределяются такие направления рационального использования водных ресурсов:более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод;разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратитьзагрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды./>/>2. Источники загрязнениявнутренних водоемов
Под загрязнением водныхресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологическихсвойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых игазообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делаяводу данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народномухозяйству, здоровью и безопасности населения
Загрязнение поверхностных иподземных вод можно распределить на такие типы:
механическое — повышение содержания механических примесей,свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;
химическое — наличие в воде органических и неорганическихвеществ токсического и нетоксического действия;
бактериальное ибиологическое — наличие в водеразнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
радиоактивное — присутствие радиоактивных веществ в поверхностныхили подземных водах;
тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомныхЭС.
Основными источникамизагрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные водыпромышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов,отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников,обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожноготранспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющиевещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениямводы, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, вчастности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменениихимического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, вналичии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дневодоемов.
Производственные сточныеводы загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный икачественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, еетехнологических процессов; их делят на две основные группы: содержащиенеорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.
К первой группе относятсясточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабриксвинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты,щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основномизменяют физические свойства воды.
Сточные воды второй группысбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятияорганического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разныенефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества.Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом вокислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода,увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептическиепоказатели воды.
Нефть и нефтепродукты насовременном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод иморей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формызагрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные илиэмульгированные в воде. Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д.При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкостьводы, уменьшается кол-во кислорода, появляются вредные органические вещества,вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только длячеловека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.
Довольно вреднымзагрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водахмногих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологическиепроцессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфическийзапах карболки.
На жизнь населения водоемовпагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окислениедревесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода,что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другиенерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства.На рыбах и на их корме — беспозвоночных — неблагоприятно отражаются молевыесплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильныевещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают многокислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевыесплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишаярыб нерестилищ и кормовых мест.
Атомные электростанциирадиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируютсямельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питанияпередаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонныхобитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.
Сточные воды, имеющиеповышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более), подлежат захоронению вподземные бессточные бассейны и специальные резервуары.
Рост населения, расширениестарых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовыхстоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек иозер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняютводоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находятширокое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся вних химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказываютзначительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результатеснижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельностьбактерий, минерализующих органические вещества.
Вызывает серьезноебеспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями,которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В результатеисследований, например, доказано, что инсектициды, содержащиеся в воде в видесуспензий растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Этовзаимодействие приводит к значительному ослаблению окислительных функций водныхрастений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, бентосе,рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательнокак на отдельные органы, так и на организм в целом.
В связи с интенсификациейживотноводства все более дают о себе знать стоки предприятий данной отраслисельского хозяйства.
Сточные воды, содержащиерастительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остаткиплодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности,сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясо-молочной, консервной икондитерской промышленности, являются причиной органических загрязненийводоемов.
В сточных водах обычнооколо 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органическихотносятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения вкоммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных ишерстомойных предприятий.
Нагретые сточные водытепловых ЭС и др. производств причиняют “тепловое загрязнение”, котороеугрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой воде меньше кислорода,резко изменяется термический режим, что отрицательно влияет на флору и фаунуводоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития вводохранилищах сине-зеленых водорослей — так называемого “цветения воды”Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, ас началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речногофлота./>/>3. Методы очистки сточных вод
В реках и других водоемахпроисходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекаетмедленно. Пока промышленно- бытовые сбросы были невелики, реки самисправлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличениемотходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникланеобходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.
Очистка сточных вод — обработка сточных вод с целью разрушения илиудаления 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 иобезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того илииного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения истепенью вредности примесей.
Сущность механическогометода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрацииудаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости отразмеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителямиразличных конструкций, а поверхностные загрязнения — нефтеловушками,бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяетвыделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а изпромышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются впроизводстве.
Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляютразличные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями иосаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигаетсяуменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%
При физико-химическомметоде обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенныенеорганические 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. Онзаключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлеченииметаллов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очисткаосуществляется в особых сооружениях — электролизерах. Очистка сточных вод спомощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, влакокрасочной и некоторых других областях промышленности.
Загрязненные сточные водыочищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокогодавления, хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.
Среди методов очисткисточных вод большую роль должен сыграть биологический метод, основанныйна использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищениярек и других водоемов. Есть несколько типов биологических устройств по очисткесточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротен0ки.
В биофильтрахсточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытоготонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекаютпроцессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом вбиофильтрах.
В биологических прудахв очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.
Аэротенки — огромные резервуары из железобетона. Здесьочищающее начало — активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все этиживые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органическиевещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потокомподаваемого 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 другиемельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживаютбактериальную массу ила.
Сточные воды передбиологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаленияболезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором илихлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химическиеприемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.)
Биологический метод даетбольшие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется такжеи при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажнойпромышленности, производстве искусственного волокна.
4.Электрохимическая активация — экологически чистыетехнологии настоящего и будущего,новый подход крешению экологических проблемцивилизации
Техническая цивилизация неможет существовать без использования технологических водных растворов ичистой воды. Ежедневно в мире приготавливаются миллионы кубических метровразличных растворов из предварительно очищенной воды и химических реагентов,получаемых из природного минерального сырья. Ежедневно миллионы кубометров отработанных технологических растворов подвергают очистке перед сбросом вканализацию, пытаясь освободить от вредных веществ. Однако, возвращение водыв исходное состояние после очистки принципиально невозможно вследствиетермодинамических ограничений. В результате подобной деятельности человекапроявились опасные тенденции в природе.
Запасы пресной воды вмире неуклонно уменьшаются по причине все возрастающей ее минерализации. Впоследние десятилетия резко возросла доля ионов тяжелых металлов в общемсолесодержании природных вод. Постоянно увеличивается концентрациярастворенных пестицидов, удобрений, моющих средств, нефтепродуктов. Всебольше усилий необходимо затрачивать, чтобы получить воду, пригодную дляпитья, питания котлов тепло- и электростанций, полива растений и производстваразличных изделий: машин, станков, мебели, тканей, лекарств, бытовой техники.
Снижается доступностьминеральных сырьевых ресурсов Земли. Возрастает стоимость добычи, транспорта,конечных продуктов их переработки: кислот, щелочей, окислителей,восстановителей, коагулянтов и других химических реагентов, которые обычноиспользуются как для приготовления различных технологических водныхрастворов, так и для очистки питьевой и сточной воды. Усложняются системыочистки использованных технологических растворов, увеличивается стоимостьпроцессов очистки.
Наиболее широкораспространенные в мире методы очистки питьевой воды и отработанных водныхрастворов основаны на моделировании природных процессов — фильтрации,сорбции, ионного обмена. Однако, установки в которых реализованы указанныепроцессы, нуждаются в регенерации и периодической замене основного рабочегоэлемента: фильтров, сорбентов, ионообменных смол. При этом возникают проблемыс утилизацией отработанных материалов, а также сохраняется необходимостьвосполнения их потерь путем производства из невозобновляемых сырьевых запасовновых 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 минеральныхсырьевых ресурсов, которые в естественном состоянии (месторождения полезныхископаемых) не представляют угрозы окружающей среде, но после серии различныхтехнологических преобразований рассеиваются в виде растворимых в водесоединений. Одним из естественных процессов, имеющих самое широкоераспространение в живой и неживой природе является электрохимическоепреобразование веществ, т.е. окислительно-восстановительные реакции,связанные с удалением или присоединением электрона. Этот природный процессболее эффективен в сравнении с вышеназванными. Теоретические расчетыпоказывают, что потенциальные возможности электрохимическогокондиционирования воды (очистки, умягчения, опреснения, обеззараживания ит.д.) более чем в 100 раз превосходят фильтрационные, сорбционные иионообменные методы по экономичности, скорости и качеству. Кроме того,электрохимические реакции позволяют без дополнительных затрат химическихреагентов преобразовать пресную или слабосолоноватую природную воду ввысокоактивный технологический раствор, обладающий практически любыминеобходимыми функциональными свойствами.
Эти теоретические расчетыполучили полное практическое подтверждение благодаря появлению в 1972 годунового направления прикладной электрохимии — электрохимической активации водыи водных растворов (ЭХА) и созданным в 1989 — 1990 годах компактным модульнымпроточным 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 совершенствуютсяколлективом исследователей, развивающим это научное направление.
Электрохимическаяактивация представляет собой самостоятельную область прикладной электрохимиинаряду с традиционными, такими как электрохимическое производство водорода,кислорода, хлора, щелочей или гальванотехника, и имеет несколькопринципиальных особенностей. Термин электрохимическая активация (ЭХА)появился в результате серии исследований, которыми было установлено, чтожидкости, подвергнутые униполярному (анодному или катодному)электрохимическому воздействию переходят в термодинамически неравновесноесостояние и в течение времени релаксации проявляют аномально высокуюхимическую активность. Этот термин был введен в науку академиком российскойакадемии медико-технических наук В.М. Бахиром. В отличие от известных электрохимических процессов, исходным веществом в процессах электрохимическойактивации являются разбавленные водно-солевые растворы, пресная или слабоминерализованнаявода, т.е. жидкости низкой электропроводностью. Конечным продуктом ЭХАявляются не концентрированные химические вещества, а активированные растворы,т.е. низкоминерализованные жидкости в метастабильном состоянии. Электрохимическая активация практически не используется как самостоятельныйтехнологический процесс. Ее целью является уменьшение или полное исключениерасхода химических реагентов, снижение загрязненности растворов, повышениекачества целевых продуктов, сокращение времени, повышение эффективности иупрощение различных технологических процессов. Иными словами ЭХА используетсядля создания высокоэффективных и экологически чистых технологий в различныхобластях человеческой деятельности. Практически в любой областичеловеческой деятельности, там, где имеется соприкосновение с жидкостью,могут использоваться технологии ЭХА.
5. Некоторые области эффективного примененияэлектрохимической активации
Ниже приведена краткаяинформация о некоторых технологиях с использованием электрохимическойактивации, проверенных экспериментально и защищенных авторскими правами.
В КОММУНАЛЬНОМХОЗЯЙСТВЕ.
Обеззараживание воды в бассейне проводится припомощи нейтрального анолита, вырабатываемого в установках типа СТЭЛ. Придобавлении анолита снижается жесткость и изменяется структура воды, чтооказывает благоприятное воздействие на кожу купающихся. Обработка сточных вод сцелью их обеззараживания и окислительной деструкции токсичных органическихсоединений. Обеззараживание воды в системе городского питьевого водоснабжениябез использования жидкого хлора при помощи нейтрального анолита и добавляемогов воду в соотношении 1:1000. Данный способ прошел апробацию в ряде регионовРоссии и продемонстрировал возможность исключения образования токсичныхвторичных продуктов хлорирования и сокращения затрат на процесскондиционирования воды в 8 — 10 раз по сравнению с лучшими зарубежными иотечественными технологиями. Свойства растворов АН и К позволяют использоватьих на различных стадиях прачечного производства (замачивание, стирка,прополаскивание, отбеливание). Опыт эксплуатации установок СТЭЛ в прачечномпроизводстве Ташкента, Санкт-Петербурга, Одессы, Москвы и других городовпозволяет сделать следующие выводы:
применение растворов АН и К показало их высокуюэффективность как основногокомпонента процесса стирки. при использовании этихрастворов почти на 70 % сокращается расход пергидроля, применяемого в процессестирки для отбеливания, значительно сокращается расходсинтетических моющихсредств. При дезинфекции белья (что особенно важно для бельямедицинскогоназначения) можно полностью отказаться от традиционныххлорсодержащихдезинфицирующих средств. Сокращается время стирки.
В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ.
Технология силосования зеленых кормов с использованиемв качестве консерванта электрохимически активированного раствора позволяетисключить дорогостоящие и дефицитные консерванты при одновременном повышениикачества, сохранности и питательной ценности силоса, исключить загрязнениеокружающей среды.
Технология хранения овощей(моркови, сахарной свеклы, капусты, картофеля) и фруктов (мандаринов, черешен,яблок, винограда, вишен) с использованием в качестве обеззараживающего иконсервирующего средства электрохимически активированных растворов, позволяетисключить ксенобиотические химические препараты, повысить на 50-300 % срокихранения плодоовощной продукции (по сравнению с известными лучшими способамихранения), сохранить витаминный состав и сахаристость, подавить развитиегрибковых и вирусных заболеваний плодов растений, повысить устойчивостьсохраняемой продукции к неблагоприятным условиям хранения (перепады температур,влажности, тряска при транспортировке).
Замачивание семян растений перед посадкой в электрохимическикатодно активированной воде и их полив электрохимически активированной водойувеличивает урожай на 10-15 %.
Поение птиц электрохимически активированной водойускоряет их рост и развитие на 10 %, уменьшает расход кормов на 15 %, сокращаетпадеж на 80 %.
Обработка тушек птицы электрохимически активированнойводой повышает их сохранность и улучшает товарный вид за счет полного удаленияперьев при пониженной температуре.
В МЕДИЦИНЕ.
Дезинфекция, предстерилизационная очистка истерилизация изделий из металла несложной конфигурации (скальпели, пинцеты ит.п.), из металла сложной конфигурации (иглы, ранорасширители, щипцы дляудаления 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-уборочногоинвентаря, помещений.
Обработка рук хирурга.
Лечение ожогов, трофических язв, дерматозов, гнойных,вялогранулирующих ран, послеоперационных, посттравматических, ипостиньекционных 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 ферментативнойфункции желудка, сальмонеллеза гастроинтестинальной формы, кольпитов,заболеваний, связанных с нарушением иммуногенеза, гингивитов, остройбактериальной дизентерии, стоматитов, гемолитической анемии, парадонтитов,вирусных гепатитов А и Б, заболеваний печени и желчевыводящих путей,стенокардии, гипертонической болезни, сахарного диабета, возрастных нарушенийобмена (ожирение, окостенение хрящей, кератозы), мочекислого диатеза.Сокращение или исключение расхода антибиотиков при лечении хронического гематогенногои посттравматического остеомиелита, поддиафрагмального, межпетельного итазового абсцесса брюшной полости; лечение грибковых заболеваний, геморроя.
ОЧИСТКА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ.
Метод электрохимической активации применяется дляочистки иобеззараживания воды, качество которой вызывает сомнения.Помимоочистки, при использованиии метода ЭХА вода приобретаетсвойствакатализатора биохимических реакций в человеческоморганизме, способствует выводу шлаков и укреплению иммунной системы.
6. Электрохимические установки для очистки питьевойводы«ИЗУМРУД»
(Функциональные характеристики, особенности, сравнениес бытовымиводоочистителями других систем, условия эксплуатации, биологическиесвойства очищенной воды)
В настоящее время на мировом рынке продается болеетридцати 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 новогопоколения «Изумруд», в которых очистка воды производитсяэлектрохимическим и каталитическим способами. Эти установки уникальны и неимеют прямых аналогов. Вопрос о преимуществах и недостатках различныхмоделей бытовых водоочистителей в конечном итоге будет решен потребителем исоответствующими медико-биологическими и гигиеническими службами. Идеальныхустановок для очистки питьевой воды не существует. Неизвестно также, какаявода в пределах характеристик, регламентированных ГОСТ, является наилучшейдля организма каждого конкретного человека. Здесь излагается точка зрения разработчиковустановок «Изумруд», основанная на собственных наблюдениях и наданных испытаний, проведенных независимыми лабораториями и научнымицентрами. Водоочистители адсорбционного, ионообменного, мембранного иадсорбционно-мембранного типа задерживают микроорганизмы, которыеразмножаются на внутренних поверхностях установок, в порах сорбентов, наповерхности фильтрующих мембран. Даже в тех случаях, когда выход изадсорбционной или мембранной системы водоочистной защищен противомикробнымфильтром, бактерии могут размножаться на выходной поверхностипротивомикробного фильтра и на внутренних поверхностях выходных магистралей,что является фактором эпидемиологического риска. Поэтому адсорбционные,ионообменные, мембранные и комбинированные бытовые водоочистительные системынепригодны для работы с водой, небезопасной в микробиологическом отношении.
Установки «Изумруд» свободны отуказанного недостатка, поскольку даже при сверхвысоком содержании висходной воде бактериальных и вирусных тел 106 — 108 в одном миллилитре (мл)после очистки в установках «Изумруд» количество микроорганизмов вводе уменьшается до 10 — 102 на мл (на пять-шесть порядков). Соответствующиеданные получены при проведении анализов в лабораториях Беркширской иОклендской микробиологических служб (Великобритания). Кроме того, в момент электрохимической обработки вода приобретает бактериостатическиехарактеристики, аналогичные свойствам родниковых вод. Вследствие этоговыходные магистрали электрохимических водоочистителей не подвергаютсяинфицированию. В процессе длительного хранения вода, очищенная в установках«Изумруд», может утратить бактериостатические свойства. Бактерицидные вещества, образующиеся в анодной камере электрохимическогореактора, обладают очень высокими антимикробными свойствами, намногопревосходящими по эффективности обычные антисептики (хлорамин и др.). Этивещества, присутствующие в воде в пропорции 1: 1000, обеззараживают ее дажев случае интенсивного микробного обсеменения. При этом погибают не только возбудители типичных желудочно-кишечных инфекций (возбудители дизентерии,сальмонеллеза, холерный вибрин), но и экзотические патогенные микроорганизмытропических стран. Этот факт подтвержден наблюдениями сотрудников Британскойкомпании Enigma во время Руандийского кризиса, а также данными пообеззараживанию 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 питьевойводы (чаще угольные) имеют ограниченную сорбционную емкость, котораязаполняется 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 сорбентазаняты различными веществами (адсорбатами), начинается процесс ихдесорбции. Этот процесс ускоряется при бактериальном заражении установки. Врезультате качество воды, проходящей через отработанный сорбент, ухудшаетсяв еще большей степени. В зависимости от индивидуальных условий выход из строя угольного водоочистителя по указанным причинам может наступить в сроки отнескольких дней до нескольких месяцев. Следовательно, здесь необходим частыйконтроль качества воды и при необходимости смена картриджа, а это не всегдавозможно по организационным и экономическим причинам. Кроме того угольныесорбенты и ионообменные смолы плохо удаляют из воды соединения тяжелыхметаллов и избыточные минеральные компоненты.
Мембранные фильтры тонкой очистки согласнорекламным данным задерживают 90-95 % всех находящихся в воде элементов исоединений, в том числе необходимые для человека и животных микро- иультрамикроэлементы (кальций, магний, калий, натрий, литий, серебро, фтор, йоди другие). Как известно дистиллированная вода минерализацией менее 0,01 г/лзаведомо непригодна для питья. Регулярное употребление деминерализованнойводы с содержанием солей менее 0,1 г/л обуславливает физиологический дефицитполезных микро- и ультрамикроэлементов, что отрицательно сказывается на состоянии здоровья населения некоторых регионов с низкоминерализованной водой иу полярников, пьющих снеговую воду. В соответствии с ГОСТ 2874-82минерализация питьевой воды не должна превышать 1,0 г/л. Во многих городахРоссии минерализация питьевой воды 0,2 — 0,5 г/л, после очистки ее методомобратного осмоса или ультрафильтрации потребитель получит воду с концентрациейсолей 0,01 — 0,05 г/л. Следовательно существующие системы мембранныхводоочистителей, которые пропускают «только воду», создают рискпатологии, связанной с потреблением чрезмерно обессоленной воды.
Дефицит микро- и ультрамикроэлементов в организмеможет быть скорректирован специальной диетой. Однако некоторые микро- иультрамикроэлементы воды практически незаменимы.
При работе с водой минерализацией 0,1 — 0,5 г/лчерез электрохимический реактор установки «Изумруд» проходит токсилой 0,3 — 0,4 А. В этом случае общая минерализация обработанной воды почтине меняется, ионы тяжелых металлов переходят в форму нетоксичных итруднорастворимых гидроксидов и гидроксидоксидов, микробы, находящиеся вводе, разрушаются, органические вещества, а также неорганические токсическиесоединения (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 икаталитической камерах. Эффективность удаления активного хлора и хлорсодержащих окислителей в установках «Изумруд» не менее 90 %.
Некоторые покупатели жалуются на присутствие запахахлора в воде, прошедшей через установку. На самом деле это запах летучихсильных окислителей, который воспринимается как запах хлора. Период жизниэтих соединений не превышает нескольких десятков минут, а концентрация их оченьмала и не создает токсикологического риска. Водоочистители«Изумруд» не всегда устраняют присутствующие в воде запахи. Однаков этих случаях интенсивность запаха свидетельствует, что постороннее газообразное вещество улетучивается. Достаточно подвергнуть очищенную водувыстаиванию в обычной посуде в течение нескольких часов и посторонние запахиисчезнут. В зависимости от типа установки очищенная вода меняет величинуОВП, при этом кислотно-щелочные характеристики очищенной воды близки кнейтральным значениям (рН = 7). Высокий ОВП и ряд других физико-химическихусловий в анодной камере электрохимического реактора исключают образование токсических хлорорганических веществ и обеспечивают полную окислительнуюдеструкцию 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. Поданным лаборатории фирмы Oaklend Calvert Consaltants, Ltd (Engl.) присодержании в исходной воде ионов серебра 68 мкг/л в очищенной водесодержание ионов серебра составило 56 мкг/л, то есть потерь серебра не было. Вто же время токсичные ионы металлов (меди, железа, олова, алюминия, ртути,цинка, хрома удалялись на 85-99,9%.
Присутствующие в воде радионуклиды такжепревращаются в формы нерастворимых соединений, которые частично оседают накатоде и удаляются при промывании установки. Если эти соединения попадают сводой в желудочно-кишечный тракт, то они не всасываются в кровь и удаляютсяиз кишечника естественным путем. Естественное свойство полезных дляорганизма микро- и ультрамикроэлементов состоит в том, что в результатеокислительно-восстановительных реакций они не участвуют в образовании труднорастворимых или нерастворимых комплексов. Это увеличивает вероятностьучастия этих элементов в биохимических реакциях и делает их совместимыми сорганизмом. По этой же причине полезные элементы не образуют нерастворимых комплексовпри электрохимической обработке и сохраняются в очищенной воде вионизированной форме. В то же время элементы легко вступают в химическиекомплексы, в том числе с белковыми соединениями. Как правило они денатурируютбелок и поэтому токсичны. Однако по причине склонности вступать в комплексытоксичные элементы при электрохимической обработке переходят в нерастворимыеи безопасные для организма формы. Избирательное сохранение в воде полезныхионов и удаление вредных — уникальная естественная особенностьэлектрохимических водоочистителей.
Гидроксиды и гидроксидоксиды тяжелых металлов могутрастворятся в крепких кислотах, в том числе в соляной кислоте. Солянаякислота в норме присутствует в желудочном соке. Но желудочный сок сам по себе или в присутствии перевариваемой пищевой массы представляет собой сложнуюорганическую среду, содержащую белки и полисахариды. Эти соединения играютроль внутренних адсорбентов (энтеросорбентов), которые легко связываютмолекулы гидроксидов и гидроксидоксидов. В таком виде гидроксиды игидроксидоксиды тяжелых металлов защищены от действия соляной кислоты.Поэтому они не растворяются в желудке, а затем выводятся из организмаестественным путем. Аналогичным образом наши внутренние сорбенты связываютхлопья солей жесткости, оксидов железа. Эти компоненты практически безвредныдля организма. Однако их присутствие в питьевой воде меняет ее вкус инежелательно по эстетическим соображениям. Избавиться от хлопьев солейжесткости или ржавчины можно только с помощью фильтрации.
Электрохимическая обработка в этом случаемалоэффективна. При работе с водой, содержащей хлопьевидные взвеси, фильтрытонкой 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 количествоорганических соединений в воде после электрохимической очистки уменьшаетсяна 1/3. В загрязненной питьевой воде большую опасность представляютгидрофобные токсины. В результате анодного окисления эти токсины переходят вотносительно безвредные гидрофильные формы, которые легко удаляются изорганизма с физиологическими выделениями.
Таким образом, электрохимическая очистка воды вустановках «Изумруд» при правильной эксплуатации обеспечивает:
· обеззараживание воды;
· эффективное удаление илиинактивацию токсических элементов и соединений;
· удаление избыточных концентрацийсолей и компонент твердого осадка;
· направленное изменение ОВП иактивацию воды при сохранении нейтральных
· кислотно-щелочных характеристик;
· сохранение нормального количествабиологически полезных микро- и ультрамикроэлементов.
Ряд элементов и соединений в процессеэлектрохимической обработки подвергаются трансформации и остаются в воде визмененном виде. Возникает вопрос: представляют ли эти вещества опасность для здоровья потребителя? Ответ на подобный вопрос представляетсяоптимистическим. Дело в том, что интенсивное окислительно-восстановительноевоздействие лежит в основе универсального механизма разрушения различныххимических ядов. При этом образуются промежуточные менее токсичные илинетоксичные продукты. Доказательством тому служат медицинские исследования процессовпрямой 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 токаили введение в сосудистую систему электрохимически синтезированныхокислителей сопровождалось значительным уменьшением общей токсичности крови за счет разложения ядовитых продуктов и метаболических шлаков.Электрохимическая детоксикация водных сред, в том числе питьевой водыоснована на аналогичном принципе. Функциональная особенностьэлектрохимического реактора установок «Изумруд» состоит в том, чтовода подвергается раздельной (униполярной) обработке в анодной и катоднойкамерах, что повышает эффективность обеззараживания и очистки.
Установки «Изумруд» не подвергаютсявторичному инфицированию микрофлорой. Однако электрохимическиеводоочистители не предназначены для работы с деминерализованной или мутной водой.
Традиционные фильтры тонкой очистки согласнорекламным данным должны задерживать подавляющую часть находящихся в водеэлементов, соединений, частиц и микроскопических организмов. С нашей точкизрения бытовые водоочистители мембранно-адсорбционного типа могут подвергнутся заражению вторичной микрофлорой, удаляют из воды биологическиполезные элементы, не имеют механизма направленного действия на показателиОВП и рН.
При пользовании бытовыми очистителями воды разныхсистем риск потребителя определяется конкретными условиями эксплуатции,соблюдением инструкций по применению изделия, сервисными характеристиками иобщей культурой работы с установкой. Установки «Изумруд» имеютгигиенический сертификат и проходили медицинские испытания в ряде клиник инаучных центров г. Москвы (в Центре эфферентной медицины, в Центреколопроктологии, в урологическом отделении Городской клинической больницы N67, в Бассейновой больнице N 6, в Госпитале ветеранов войны), г.Санкт-Петербурга (Санкт-Петербургская государственная медицинская академияим. И.И.Мечникова, детский сан. «Огонек» и т. д.).
Ресурс водоочистителей «Изумруд» не менее1000000 л без замены работающего элемента при правильном уходе заустановкой. Водоочистительные системы адсорбционно-мембранного действия в реальных условиях эксплуатции имеют ресурс работы около полугода, после чегоони выходят из строя или требуют смены рабочих фильтров. Относительноенеудобство, связанное в регулярными промывками установок «Изумруд»компенсируется экономической выгодой и качеством обработанной воды.
Представление о том, что в процессе очистки воды спомощью фильтрующих или сорбирующих устройств возможно задержать все вредныевещества и сохранить полезные является ошибочным. Разделить по признакуполезности десятки тысяч различных растворенных веществ принципиально невозможно фильтрационными и сорбционными методами как взятыми отдельно, так ив любых возможных сочетаниях. Кроме того, концентрирование содержащихся вводе полезных или вредных веществ на поверхности фильтрующих мембран или впорах сорбента всегда приводит в первую очередь к задерживаниюмикроорганизмов, к ускорению их размножения и усиленному выделению микробныхтоксинов в воду при одновременном резком снижении фильтрующей или сорбирующей способности активных элементов водоочистительного устройства. Очистка воды вустановках «Изумруд» основана на использовании процессов окисленияи восстановления, благодаря которым разрушаются и нейтрализуются всетоксические вещества в природе. В установках «Изумруд» природныепроцессы естественной окислительно-восстановительной деструкции инейтрализации токсических веществ ускоряются многократно за счет прямыхэлектрохимических реакций, а также благодаря участию в процессах очистки электрохимическисинтезированных из самой очищаемой воды и растворенных в ней солейвысокоактивных реагентов: озона, атомарного кислорода, пероксидных соединений, диоксида хлора, короткоживущих свободных радикалов. Этообеспечивает высокую эффективность и экологическую безопасность процессаочистки воды в сравнении с другими известными методами.
7. Технологический процесс очистки воды«ИЗУМРУД»
В корпусе установки «Изумруд М»размещены: диафрагменный электрохимический реактор РПЭ-1, каталитическийреактор, вихревая реакционная камера, источник питания и системаавтоматического включения и отключения установки. Реактор РПЭ-1, основнойчастью которого является проточный электролитический модульный элемент ПЭМ,является миниатюрным экономичным высокопроизводительным электрохимическимустройством, работающим в проточном режиме. Гарантийный ресурс непрерывнойработы реактора РПЭ-1 в установке составляет 30000 часов. Реактор РПЭ-1является основной частью установки и запатентован в России, Великобритании,США, Германии и Японии. Анод элемента ПЭМ в реакторе установки изготовлен изтитана со специальным покрытием, в состав которого входят иридий, платина, рутений. Титановый катод имеет повышенную каталитическую активность за счетспециальной обработки поверхности. Ультрафильтрационная керамическая диафрагмаиз оксидов циркония, иттрия и алюминия находится между анодом и катодомэлемента ПЭМ и не допускает смешивания воды в анодной и катодной камерах. В тоже время диафрагма обеспечивает беспрепятственную миграцию ионов в электрическом поле между анодом и катодом. Каждый микрообъем воды, протекающейв камерах реактора РПЭ-1, соприкасается с поверхностью электрода иподвергается интенсивному воздействию электрического поля в двойном электрическомслое (ДЭС), образованном зарядами на электроде и противоионами в воде. Этогарантирует высокое качество очистки воды. Кроме того, под влияниемэлектрического 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 иускоряет удаление биологических шлаков. Аналогом процесса структурноймодификации воды в электрическом поле ДЭС являются фазовые переходы при таяниильда (талая вода), структурные превращения воды в электрических разрядахгрозовых ливней, или физико-химические воздействия, которым подвергается водана 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.
Всягидравлическая система установки изготовлена из химически весьма стойкихматериалов, разрешенных к применению в изделиях медицинской техники.
/> В установке используются следующие процессыочистки воды:
· электролитическое и электрокаталитическое анодное окисление в сочетании с электро-миграционным переносом (реактор РПЭ N 1);
· гомогенные реакцииокисления 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 впространстве и во времени, что обеспечивает наилучшие результаты очистки./>/> 8. Заключение
Защита водных ресурсов отистощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народногохозяйства — одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательногорешения. Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов являетсявнедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые(бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются,а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклыпромышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидироватьсбрасываемые сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использоватьдля пополнения безвозвратных потерь.
В химической промышленностинамечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологическихпроцессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяетсяповышению эффективности очистки производственных сточных вод.
Значительно уменьшитьзагрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения изсточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятияххимической промышленности состоит в многообразии технологических процессов иполучаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды вотрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушномупозволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. Вэтой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшегооборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.
Существенное влияние наповышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очисткисточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболееэффективных является применение реагентов. Использование реагентного методаочистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующихпримесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенноезначение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимическойочисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач,связанных с очисткой производственных сточных вод.
В ближайшей перспективенамечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод.
На реализацию комплекса мерпо охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странахвыделяются 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 наохрану водоемов, Расходы, связанные с получением коагулянтов и флокулянтов,частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целейотходов 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 ирациональное использование водных ресурсов — это одно из звеньев комплексноймировой проблемы охраны природы/>Списоклитературы
1. .АлфероваА.А., Нечаев А.П. Замкнутые системыводного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов М.: Стройиздат1987
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 безотходныххимических производств М.: Химия 1984
4. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельнодопустимые 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. Методыочистки производственных сточных вод М.: Стройиздат.
8. Евилович А.З. Утилизация осадков сточных водМ.: Стройиздат 1989
9. А.Г. Банников, А.К. Рустамов, А.А ВакулинОхрана природы М.: Агропромиздат 1987
10П.И. Капинос, Н.А. Панесенко Охрана природы Киев: “Выща школа” 1991
11. Охрана окружающей природной Среды Под редакциейГ.В. Дуганова Киев: “Выща школа” 1990
12. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Подредакцией О.А. Юшманова М.: Агропромиздат 1985
13. Методы охраны внутренних вод от загрязнения иистощения Под редакцией И.К. Гавич М.: Агропромиздат 1985
14. Охрана производственных сточных вод и утилизацияосадков Под редакцией В.Н. Соколова М.: Стройиздат 1992