О самоочищении воды в природе. Кондиционированная вода

Первоисточник- книга «Осторожно! Водопроводная вода!» издательство С.-Петербургского университета 2003

Самая совершенная очистка загрязненной воды происходит в природе, а самая чистая вода, почти еще не подвергнувшаяся глобальному загрязнению, - это подземные воды. Родниковая или колодезная вода издревле и не зря считалась полезной для здоровья. Фильтруясь через толщу геологических пород, подземные воды очищаются от вредных для здоровья веществ и насыщаются полезными минеральными солями, которых даже в былые времена в чистой невской воде было недостаточно. В окрестностях Петербурга и в области, да и в самом городе имеется много выходов подземных вод, например в Полюстрово, в Мартышкино и т. д. Правда, при бездумном строительстве многие из них погибли или были загрязнены, но кое-что осталось. И если вы, выезжая на дачу или садовый участок, услышите от старожилов или местных жителей, что где-то поблизости имеется такой родник или колодец, то не ленитесь ходить по воду к нему. Однако мы должны предупредить всех, кто последует нашим рекомендациям: если вы нашли природный источник, известный ранее как источник хорошей воды, все-таки лучше проверьте качество воды в ближайшей районной СЭС либо в Обществе потребителей «за умеренную плату». Ибо в последние годы промышленные стоки вблизи больших городов отравляют уже и подземные воды (см. главу 9). Некоторые читатели, возможно, в 1991 году видели телевизионный репортаж из тогда еще советской Прибалтики об одном селении в 10 км от военного аэродрома: подземные воды там были так загрязнены армейским керосином-бензином, что вода в ведре, вытащенном из любого колодца, загоралась от спички.

Итак, самая совершенная технология очистки загрязненной воды изобретена самой природой. Если бы постоянно не шли процессы самоочищения, то того количества жидких, твердых и газообразных вредных веществ, которое человечество выбрасывает в окружающую среду, было бы достаточно для того, чтобы за пять лет глобально загрязнить всю воду на земном шаре - и реки, и озера, и даже моря, и океаны. Но, к счастью, в природе идут процессы самоочищения воды, и благодаря этому мы живы! Ученые сейчас исследуют эти процессы, чтобы на их основе разработать современные технологии получения питьевой воды даже из сильно загрязненных источников (например, из нынешней невской воды).

Самоочищение воды в природе - сложный процесс, основанный на физических, химических, биологических и даже электрохимических превращениях. В их числе дистилляция (испарение-конденсация в виде дождя и снега), перекристаллизация (замерзание-таяние), фильтрация через горные породы, очистка с помощью микро- и макрофлоры и фауны и другие процессы. Некоторые из них, например перекристаллизация и сорбция, достаточно хорошо изучены и могут быть рекомендованы для очистки воды даже в домашних условиях (см. Приложения 1 и 3). Но весь комплекс процессов еще далеко не полностью исследован [47, 101].

Изучая природные процессы самоочищения воды в районе Онежского озера, один из авторов (А. И. Калинин) вместе с учеными из Института геологии Карельского филиала АН пришли к выводу, что высокая степень чистоты воды Онеги и источников по ее берегам объясняется тем, что подземные воды контактируют с шунгитовыми породами (рис. 16).

Рис. 16. Схема геологического разреза Зажогинского месторождения.
I - шунгитовая линза, // - обломочные грано-диориты, III - известняки, IV - пески, V - глины.

Шунгит - это силикатная горная порода с большим содержанием углерода (от 10 до 99%). Лабораторными исследованиями было установлено, что после многочасового контакта порошок шунгита не только очищает водопроводную воду от вредных примесей [62], но и обеззараживает ее, то есть убивает болезнетворные бактерии [102]. Вообще, шунгит является очень своеобразной формой углеродпроиз-водных, обладающей целым набором уникальных свойств [103]. Углерод в шунгите находится в стеклообразном состоянии и не похож ни на графит, ни на аморфный (активированный) уголь. Из-за того что углеродная и силикатная решетки в шунгите тесно переплетены, он обладает ионообменными свойствами (является твердой кислотой [104]) и одновременно является катализатором для окислительнр-восстановительных реакций [103]. Имеются даже данные [105], что в шунгитах около 0,1% углерода находится в форме фуллеренов С₆₀ и С₇₀, которые обладают особыми химическими свойствами.

В одной из своих работ [106] мы показали, что после контакта с шунгитом вода оказывается сильно подкисленной. В очистителях А. И. Калинина и сотр. [107] этот фактор не только учитывается, но и используется (с помощью дополнительных наполнителей) для получения кондиционированной воды, то есть воды, содержащей физиологически оптимальные концентрации катионов водорода, кальция, магния и микроэлементов. Заметим, что нынешняя невская вода, несмотря на ее перенасыщенность (помимо органики) тяжелыми металлами, именно кальция и магния содержит в недостаточном количестве. Ну, а кальций и магний необходимы для нормального развития зубов и костей, особенно детям.

Принцип работы шунгитовых очистителей, имитирующих процесс самоочищения воды в районе Онежского озера, виден из рис. 17. Как в природном источнике чистой воды (см. рис. 16), так и в шунгитовом очистителе вода последовательно и медленно  проходит через слои шунгита, карбоната и кварцевого песка. В шунгитовом слое происходит окисление органических микропримесей до воды и карбонат-ионов [62], причем вода после шунгитового слоя оказывается заметно подкисленной. В карбонатном слое подкисленная вода растворяет карбонат Ca(Mg)CO₃, в результате чего она нейтрализуется и обогащается катионами кальция и магния. Присутствующие в качестве загрязняющих примесей катионы железа и алюминия при нейтрализации воды выпадают в осадок в виде гидрок-сидов Fe(OH)₃ и А1(ОН)з- Эти гидроксиды дают в карбонатном слое рыхлый коллоидообразный осадок, обладающий большой поверхностью и высокой адсорбционной способностью. В результате микропримеси, проскочившие через шун-гитовый слой, удаляются из воды за счет адсорбции на гидроксидах в карбонатном слое. Дальнейшая доочистка происходит в слое кварцевого песка. Эффективность очистки воды очистителями типа «Сельга» демонстрирует табл. 32.

Таблица 32. Эффективность удаления микропримесей водоочистителем типа «Сельга» (рис. 17) при времени контакта 2 ч

Мы должны предупредить, однако, что если какая-либо фирма возжелает заняться производством шунгитовых очистителей, не покупая патента [107], она рискует оказаться в роли производителя третьесортного или даже вредного для здоровья товара. Дело в том, что процессы, происходящие в геологических породах под Онежским озером и в очистителе типа «Сельга», исследованы далеко не полностью. А потому патент [107, 108] основан на некоторых «ноу-хау», не поддающихся полному научному объяснению. Во-первых, известны четыре типа шунгитов [103], а наибольшей водо-очищающей активностью обладает только один. Во-вторых, шунгитовая загрузка (рис. 17, 2) должна быть соответствующим образом подготовлена.  К примеру, шунгит должен быть свежемолотгам, так как после 1-2-летнего лежания на воздухе окисляющая способность шунгитовой поверхности падает в 5-10 раз [63]. Эффективность действия шунгитового порошка значительно возрастает после его активации смесью перекиси водорода и кислоты. Тип кислоты, ее концентрация и  концентрация  перекиси  подбираются   «методом  проб  и ошибок».   В-третьих,  для  создания  карбонатной  загрузки (рис. 17, 3) подходит не всякий карбонат кальция (магния). Так, самыми малоэффективными оказались карбонаты, синтезированные человеком на заводах.  Мрамор  - тоже не лучший материал. И т. д. В-четвертых, песчаная загрузка (рис. 17, 4) также не тривиальна. Кварцевый песок подходит, но гранитный песок оказался лучше. Возможно, еще лучше будет раздробленный кремень [63]. В-пятых, слой уже очищенной воды (рис. 17, 9) может быть облюбован какой-либо микрофлорой или микрофауной. Ведь вода над слоем песка очень чистая (без химических токсикантов) и в то же время содержит биогенные кальций и магний. Почему бы микроорганизмам не жить в такой воде? Поэтому для борьбы с обрастанием внутренних стенок над слоем песка 4 необходимы дополнительные приспособления (небольшая кварцевая лампа, слой посеребренного угля и т. п.). Интересно, что шунгитовый слой никогда ничем не обрастает, даже после 4-летней (на износ!) эксплуатации опытных образцов «Сельги».   Это  еще  раз  иллюстрирует  бактерицидные  свойства шунгита [102]. Наконец, на выходе очистителя полезно ставить керамический фильтр тонкой очистки. Дело в том, что шунгит при работе фильтра постоянно отдает в воду мелкодисперсную  фракцию  углерод-силиката,   придающую  воде «глинистый» привкус. Мелкодисперсный фильтр устраняет этот недостаток. Кроме того, врачами замечено, что микроскопические частицы активированного угля, попадающие в воду из угольных бытовых водоочистителей, проникают в кровь через стенку кишечника, откладываются в некоторых органах, приводя к определенной патологии. Так, в кровеносных сосудах частицы угля служат центрами роста холестериновых бляшек (на врачебном жаргоне - «болезнь новых русских»). Относительно шунгита таких данных нет, но превращать людей в подопытных кроликов недопустимо. Поэтому керамический фильтр тонкой очистки на выходе «Сельги» очень желателен, на всякий случай. Да и устранение глинистого привкуса - немаловажный фактор.

Все существующие типы водоочистителей, как отечественные, так и зарубежные, предназначены для удаления из воды (хлор)органических либо неорганических загрязнений, либо тех и других одновременно. Но в условиях С.-Петербурга помимо такой очистки еще желательна и коррекция состава воды по кальцию и магнию. Многослойные водоочистители типа «Сельга» не только очищают воду от токсичных примесей, но и обогащают ее солями кальция и магния (см. табл. 32), давая кондиционированную воду. А это чрезвычайно актуально для Ленинградской области и С.-Петербурга, ибо данные мировой медицинской статистики показывают, что многолетнее употребление слишком «мягкой» питьевой воды повышает предрасположенность населения к заболеванию  рахитом,  остеопорозом,   гипертонической болезнью  и ишемической болезнью сердца.  Отмечается также усиленное камнеобразование, разрушение зубной эмали, обострение аллергических реакций. Об этих фактах говорилось на научно-практической конференции «Мягкая вода - экологический фактор риска региональной патологии Северо-Запада» [109], состоявшейся 31.01.1996 в Институте физиологии им. И. П. Павлова РАН. Все вышеперечисленные болезни - это болезни дефицита кальция. А С.-Петербург и вообще бассейн Ладожского и Онежского озер расположены на гранитном щите, некогда вычищенном ледниками. Поверхностные воды в таких районах крайне бедны минералами, а ионами Са и Mg в особенности. Завод «Полюстрово» освоил выпуск нормализованной воды «Чуринская», содержащей композицию солей, рекомендованных ВОЗ. Для пользователей же водоочистителями «Сельга» не надо заниматься поисками нормализованной воды.  Мы имеем письменные отзывы от людей, которые по 20-25 лет страдали хронической язвенной болезнью, но у которых исчезли сезонные или спровоцированные приступы язвенной болезни после того, как они стали пить кондиционированную воду от «Сельги». Ну, а высшей похвалой для нас было, когда покупатели «Сельги» сообщали нам, что их кошка стала пить воду(!), хотя до этого к водоканальной воде «из крана» не притрагивалась.

Изображенный на рис. 17 модуль обладает производительностью в 5-10 куб. м/сут. Но существует и кухонный вариант «Сельги» размером с 2-литровую бутылку и производительностью 5-10 л кондиционированной воды в сутки (рис. 18).

На основе процессов самоочищения воды в природе, с участием сорбции и обеззараживания на шунгитовых породах, разработаны также более мощные водоочистительные установки для больниц, детских учреждений, санаториев, а также для небольших городов и поселков. Такой подход к решению проблемы снабжения населения качественной питьевой водой представляется нам наиболее быстрым и эффективным при нынешней ситуации в стране. На рис. 19 дано схематическое устройство резервуара для очистки и кондиционирования питьевой воды [110], устроенного по принципу многослойного водоочистителя «Сельга».

В заключение этого Приложения остановимся на еще одном актуальном применении шунгит-карбонатного способа водоочистки. Многие из наших читателей имеют загородные дачные участки, но далеко не все эти участки обеспечены качественной питьевой водой. Хорошо, если садовое (дачное) товарищество имеет артезианскую скважину или достаточно глубокий колодец. Но у многих колодцы не соответствуют санитарным нормам. К примеру, на площади в 6-10 соток могут располагаться почти рядом колодец, клозет, компостная куча и гараж. Примитивный колодец питается не из артезианских горизонтов, а грунтовыми (или даже верховыми) водами. Короче, что делать, если вода в вашем колодце бурая и с каким-нибудь душком? Конечно же, нужно организовать в колодце шунгит-карбонатную засыпку. Естественно, колодец должен на всю глубину иметь водонепроницаемый ствол, так чтобы вода не сочилась через боковые стенки, но поднималась бы снизу вверх. Тогда для облагораживания колодца следует засыпать в него 0.5 т шунгитовой крошки, затем над слоем шунгита засыпать 0.5 т карбонатной крошки и, наконец, сверху насыпать 0.5 т кварцевого песка. В результате ваш колодец превратится в капитальный очиститель «Сельга». В качестве карбоната можно брать такие распространенные породы, как диатомиты, доломиты, белемниты. Кварцевый песок можно заменить гранитным.

Те, у кого есть автомобиль, могут запасать воду из чистых источников. Как хранить воду, чтобы она оставалась чистой 1-2 недели, а емкость для хранения за все лето не обрастала слизью? Опять поможет шунгит. Если на дно 100-200-литровой емкости кинуть 2-4 кг шунгитовой крошки, емкость ничем не обрастет 3 или даже 4 года (более длительного эксперимента мы не делали). Естественно, перед употреблением такую воду надо пронейтрализовать, подержав 6-8 ч над карбонатной крошкой, а затем профильтровать хотя бы через вату для удаления мелких частиц шунгита.

Рис. 19. Схема водоочистителя «Сельга» резервуарного типа [110]. 1 - резервуар чистой воды; 2 - центральная башня, в которой очищаемая вода движется снизу вверх; 3 - горизонтальная диафрагма жесткости со спускным трубопроводом и вентилем; 4 - приемное отделение башни; 5 - водозаборный приямок; 6 - трубопровод подачи исходной йоды; 7 - перфорированная диафрагма; 8 - шунгитовая засыпка; 9 - активированная карбонатная засыпка; 10 - слой чистого крупнозернистого песка; 11 - прокладка из пористого материала; 12, 13 - окна для перелива воды из башни в резервуар чистой воды и из резервуара чистой воды В водозаборный приямок; 14 - водозаборная воронка; 15 - трубопровод набора воды из резервуара; 16 - горизонтальные связи жесткости; 17 - трубопровод аварийного перелива воды; 18 - люк для загрузки и выгрузки засыпок; 19 - фильтр для очистки воздуха, поступающего в резервуар.

Поскольку шунгит бактерициден, вода в вашей 200-литровой емкости будет стерильной (если,  конечно,  будет накрыта плотной крышкой, не допускающей попадания туда пыли, насекомых и мышей). Таким же способом могут решить свои проблемы и экипажи судов дальнего плавания. Обычно на таких  судах имеется 3-4-месячный запас пресной воды, которая уже через месяц заселяется какой-то микрофлорой, от которой у моряков начинается аллергия и расстройство желудка. Если же в емкости с питьевой водой будет находиться шунгитовая крошка, никакая микрофлора не появится даже через год. И, конечно, нужно не забывать воду после шунгита нейтрализовать карбонатом и фильтровать.