Итак, одним из основных способов повышения качества питьевой воды является ее доочистка с помощью бытовых фильтров. В России и странах СНГ широко представлены бытовые фильтры европейских, американских и отечественных производителей.
ООО «Сибирь-Цео» выпускает фильтры для доочистки воды серии «Арго»: угольно-цеолитовые и на основе твердого полимерного цилиндрического пористого фильтрующего элемента пространственно-глобулярной структуры.
Общеизвестно, что существующие ныне традиционные методы очистки питьевой воды позволяют удалить из нее преимущественно вещества, находящиеся во взвешенном состоянии. Что касается мелкодисперсных частиц и многих растворенных в воде веществ, то в отношении последних, как известно, барьерная роль водоочистных сооружений невелика. Проводимыми в нашей стране и за рубежом исследованиями установлено, что наиболее перспективным методом, обеспечивающим достаточную глубину очистки воды, является применение высокоадсорбционных материалов (активированный уголь, ионообменные материалы и ряд других), преимущество использования которых заключается в том, что с их помощью вредные примеси извлекаются из воды, не превращаясь в другие соединения, резко ухудшающие качество воды, как это происходит при использовании окислителей.
Одним из таких материалов является каркасный алюмосиликат, характеризующийся как высокоактивный сорбент, селективный ионообменник и молекулярное сито- цеолит.
«Цеолит является алюмосиликатом со скелетной структурой, содержащей пустоты, занятые крупными ионами и молекулами воды, имеющими значительную свободу движения, что приводит к ионному обмену и обратимой дегидратации» [6].
Оксидная формула широко распространенного природного цеолита клиноптилолита имеет вид:
(К, Na, 1/2Са)2 O*Al2O3*10SiO2*H2O.
Самой примечательной особенностью цеолитов, практически определяющей специфические свойства этих минералов, является наличие системы пустот и каналов в их структуре, которые могут составлять до 50% от общего объема минерала, что обуславливает ценность цеолита как сорбента. Входные отверстия из каналов в полости цеолитов, образованные кольцами из стомов кислорода, - наиболее узкие места каналов: их формой и размерами определяются величины ионов и молекул, которые могут проникнуть в полости, на чем основано применение цеолитов в качестве молекулярных сит.
Цеолиты как ионообменники катионного типа характеризуются высокой ионообменной селективностью к радиоактивным элементам, сорбционной способностью к тяжелым металлам, фенолу, аммонийному азоту [6].
Немного истории. Цеолиты - в переводе с греческого «кипящие», или «вскипающие», камни - были открыты шведским исследователем Кронштедом почти 250 лет назад. До начала XX столетия на эти минералы не обращалось сколько-нибудь серьезного внимания. Первые испытания свойств природных цеолитов в России проводились в 1913 г. на опытном комбинированном фильтре станции Ейск Московско-Курской железной дороги, с целью умягчения московской водопроводной воды и воды из артезианской скважины для котлов паровозов. Первое промышленное месторождение цеолитов было открыто в 1969 г. на территории Туркмении (Бадхызское проявление). После этого открытия стала создаваться сырьевая база нового вида полезного ископаемого - цеолитовых туфов, и началось их использование в разнообразных сферах жизнедеятельности человека. К 90-м гг. XX в. разрабатывается несколько десятков цеолитовых месторождений в России и за рубежом [7].
В настоящее время цеолиты используются очень широко (табл. 1).
Таблица №1
|
Отрасль |
Вид и цель применения |
|
Промышленность, коммунальное хозяйство и экология |
• Сорбция и ионный обмен
|
|
Животноводство |
• Биостимулирующие добавки к кормам животных
|
|
Растениеводство |
• Тепличное хозяйство
|
|
Пищевая промышленность |
• Чаеводство, виноделие и пивоварение
|
|
Медицина |
• Катализ реакций в организме
|
|
Экология |
Очистка стоков:
Захоронения радиоактивных отходов Дезактивация пораженных радиацией территорий:
|
Но наиболее «древней» проблемой, которая решалась с помощью цеолитов, была очистка воды. Благодаря своим уникальным адсорбционным, ионообменным и каталитическим свойствам природные цеолиты гораздо успешнее, чем кварцевый песок, работают в фильтрах очистных сооружений и станций водоподготовки.
Кроме того, значительная часть Российской Федерации - это территории, пострадавшие от Чернобыля (120 городов, где выявлено более 2000 участков радиоактивного загрязнения, других пораженных территорий, зон экологического неблагополучия). Квалифицированное использование природных цеолитов (только разведанные запасы которых приближаются к 50 миллиардам тонн) позволяет решать эту и множество других природоохранных, радиоэкологических и медико-биологических проблем.
Как бы ни была широка область применения природных цеолитов, в настоящее время сделаны лишь первые шаги в освоении уникального материала, подаренного человеку природой, глубокое познание физико-химических свойств" которого открывает огромные возможности. С уверенностью можно сказать [8]:
Цеолиты - это минерал XXI века!
Активированный (активный) уголь, на поверхность частиц которого нанесено серебро в несмываемой форме, является вторым сорбентом в составе фильтров серии «Арго». Применение активированного угля позволяет: устранить остаточный хлор, улучшить органолептические свойства питьевой воды, устранить органические примеси в воде.
Прогресс аналитических методик с использованием сложных и совершенных технологий позволил:
- выявлять присутствие в воде тригалометанов (ТГМ), галоалифатических кислот и многих других специфических, в том числе вторичных загрязнений, которые рассматриваются как весьма опасные для человека;
- определять и обосновывать негативную роль биоокисляемого растворенного органического углерода (БРОУ) в решении задачи сохранения качества питьевой воды в сетях ее распределения.
Научные исследования связывают хлор и побочные продукты хлорирования воды с онкологическими заболеваниями мочевого пузыря, печени, желудка, прямой кишки, а также с болезнями сердца, атеросклерозом, анемией, высоким кровяным давлением и аллергическими реакциями. Есть также свидетельства того, что хлор может разрушать белки в организме человека и оказывать неблагоприятное воздействие на кожу и волосы. Наличие хлора в воде может и способствовать образованию хлораминов, которые вызывают проблемы с запахом и вкусом [5].
Целый ряд органических загрязнений (нитраты, аммоний и др.), определяющих содержание БРОУ, привкусы, запахи воды, а также хлорорганика могут быть извлечены на фильтрах с загрузкой из активированного угля [9].
Применением адсорбентов, в частности, активированного угля, сегодня удается извлекать из воды многочисленные растворенные и, прежде всего, трудно-окисляемые загрязнения (молекулы некоторых пестицидов, ряд органических микрозагрязнений, определяющих привкусы и запахи воды, некоторые минеральные микрозагрязнения).
При транспортировании очищенной воды по трубопроводам, как уже было сказано выше, возможно ее вторичное загрязнение, в том числе и микроорганизмами, поэтому в бытовых фильтрах выполняются технические мероприятия, создающие условия для подавления жизнедеятельности микроорганизмов.
В угольно-цеолитовых фильтрах серии «Арго» в качестве такого технического решения применено фильтрование воды через цеолит (клиноптилолит), а также активный уголь, обработанный серебром.
Алюмосиликаты, обладающие высокой сорбционной способностью, обусловленной их большой ионообменной емкостью, сорбируют различные микроорганизмы и вирусы. В результате экспериментальных и натурных исследований на водоочистных сооружениях установлено, что добавление в воду глинистых алюмосиликатов значительно повышает эффективность очистки от микроорганизмов и мелкодисперсных частиц. Установлена также высокая сорбционная способность таких природных сорбентов, как клиноптилолит, в отношении энтеровирусов и бактериофагов [6].
Известно, что глинистые минералы при определенных условиях могут эффективно сорбировать практически все изученные вирусы: арбовирусы, миксовирусы, энтеровирусы, вирусы растений, бактериофаги и актинофаги. Таким образом, естественные минеральные сорбенты группы алюмосиликатов обладают достаточно высокой эффективностью удаления вирусов и бактерий из воды, что дает возможность использовать их в практике водоподготовки. Кроме того, фильтрующая загрузка на основе цеолита обладает барьерными функциями по отношению к крупным органическим молекулам, в частности, по 3,4 бенз(а)пирену: до 90% [6].
Применение активного угля, обработанного серебром, способствует подавлению жизнедеятельности микроорганизмов и ускорению реакции окисления органических загрязнений. Особо следует отметить, что подавление жизнедеятельности микроорганизмов происходит на поверхности частичек угля, и катионы серебра не поступают в воду.