ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА
Основана на сложных окислительно-восстановительных реакциях, которые происходят в воде при воздействии на нее сильного электрического тока и приводят к образованию так называемой «живой» и «мертвой» воды.
Этот способ экономичен, так как позволяет достигнуть высокой производительности при небольших затратах.
Электрохимическая очистка распространена в России, но не применяется в быту на Западе (используется только для промышленной очистки, но не для очистки питьевой воды).
Электрохимическая очистка действительно позволяет очистить воду от всех микроорганизмов. Но при этом разрушается также часть органических веществ. Кроме того, поскольку точный состав исходной воды неизвестен, никто не знает, как при воздействии на эту воду сильного электрического тока содержащиеся в ней вещества прореагируют между собой. В результате этих реакций могут получиться совсем «несъедобные» соединения.
ДИСТИЛЛЯЦИЯ
Менее распространенный вид очистки воды. В дистилляционных системах вода сначала испаряется, а затем конденсируется.
То есть, дистилляция — процесс очистки жидкостей, заключающийся в испарении жидкости с последующей конденсацией пара. При этом происходит разделение жидких многокомпонентных смесей на отличающиеся по составу фракции путем частичного испарения смеси и конденсации образующихся паров.
Методом дистилляции можно отделить жидкость от растворенных в ней твердых веществ или жидкостей с сильно отличающимися температурами кипения. Дистиллированная вода относительно чистая, но процесс дистилляции достаточно дорог.
Дистилляционные системы также должны обязательно содержать активированный уголь, так как нет другого способа убрать низкомолекулярную высоколетучую органику (типа хлороформа).
КИПЯЧЕНИЕ
Кипячение — одна из разновидностей такого способа очистки воды как стерилизация.
Стерилизация — это полное освобождение воды от микроорганизмов действием высоких температур или фильтрацией. Фильтрация, как правило, применяется на промышленных установках при больших объемах стерилизуемой воды. В быту чаше всего стерилизация сводится к простому кипячению. Кипячение — это наиболее доступный и наиболее известный способ доочистки воды. Он достаточно эффективен, но имеет свои недостатки.
«Плюсы» кипячения
При температуре 100 °C погибает большинство (но далеко не все!) болезнетворных бактерий. Следовательно, в условиях возможного бактериального загрязнения эта операция весьма полезна.
При кипячении воды в открытом объеме происходит также частичное улетучивание органических соединений, имеющих низкую температуру кипения. Всем известна накипь, которая оседает на стенках чайников после кипячения воды. Эта накипь представляет собой соли жесткости, которые были растворены в воде до того, как ее прокипятили.
В результате кипячения вода становится более мягкой. Происходит это потому что из нее удаляются соли так называемой «временной (карбонатной) жесткости#.
«Минусы» кипячения
Кипячение приводит к уменьшению в воде содержания таких жизненно важных солей, как соли кальция и магния.
Кроме того, кипячение может ухудшать качество воды, так как концентрации нелетучих органических соединений и неорганических примесей (таких как соли тяжелых металлов) возрастают из-за выкипания части воды.
Существенную опасность представляет кипячение хлорированной воды. При кипячении хлор взаимодействует с органическими веществами. При этом образуются вещества, называемые канцерогенами, то есть способствующие возникновению рака.
Кроме того, что кипяченая вода просто «невкусная», ее нельзя хранить дольше суток, так как любая застоявшаяся вода — прекрасная среда для размножения микроорганизмов.
Как правильно кипятить воду?
Обычно кипячение сводится лишь к доведению волы до кипения. Правильно ли это? В общем, правильно, если необходим кипяток. Однако при недлительном кипячении невозможно достичь даже того минимума, который дает кипячение как средство очистки воды. Другими словами, простого доведения воды до кипения недостаточно для того, чтобы обеззаразить ее. Для этого необходимо кипятить воду не менее 10–15 минут. Только при этом значительная часть микроорганизмов гибнет. Правда, к примеру, вирус по имени «Гепатит А» (в народе — «желтуха») погибает только когда воду кипятят не менее чем 25–30 минут.
ВЫМОРАЖИВАНИЕ
Вымораживание применяется главным образом для опреснения воды, то есть для удаления из нее излишков солей. Этот способ основан на той закономерности, что чистая вода замерзает при более высокой температуре (то есть быстрее), чем вода, содержащая соли. Всем городским жителям эта закономерность хорошо известна — дороги не зря посыпают солью для избежания голо;) еда.
Сущность этого метода состоит в том, что воду замораживают (например, в морозильнике). При этом сначала замерзает чистая вода, а между кристаллами льда остается «рассол», то есть смесь воды и солей. Соответственно, «рассол» сливают, не дав ему замерзнуть, а чистый лед растапливают, получая очищенную воду.
Правда, если температура замораживания была слишком низкой, то может случиться, что замерзнет не только чистая вода, но и «рассол».
С другой стороны, нет никакой необходимости, чтобы вода была совершенно лишена солей, без которых человек не может быть полностью здоровым.
СОРБЦИЯ. СОРБЕНТЫ. СОРБЦИОННЫЕ ФИЛЬТРЫ
Сорбцией называют поглощение примесей из газа или жидкости твердыми телами, которые называют сорбентами.
Процесс сорбционной очистки состоит в пропускании газа или жидкости через сосуд, заполненный сорбентом — сорбционный фильтр. Если режим фильтрации и сорбент выбраны правильно, то достигается желаемый результат — удаление из газа или жидкости вредных примесей. Именно так работают противогазы и фильтры для воды.
АКТИВИРОВАННЫЕ УГЛИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Не будет сильным преувеличением сказать, что сорбционные фильтры — это в первую очередь угольные фильтры.
Активированные угли — наиболее широко используемые сорбенты, производимые миллионами гони в год. Это универсальные сорбенты, применяемые для удаления примесей самой различной химической природы.
Получение активированных углей
Сырьем для получения активированных углей служат органические вещества: природные или искусственные.
Природные — это древесина, бурые и каменные угли, тяжелые фракции нефти.
Искусственные — полимерные материалы, производимые химической промышленностью.
В получении активированных углей выделяются две стадии: карбонизация и активация.
Карбонизация — это высокотемпературное разложение сырья в отсутствии кислорода Такое нагревание без горения приводит к получению остатка, состоящего преимущественно из углерода.
После этого материал подвергают активации — обработке водяным паром или углекислым газом при температуре более 80 °C. При этом частицы материала становятся похожими на хороший сыр — по всему объему их пронизывает разветвленная система пор, имеющих самый различный размер: от нескольких ангстрем до нескольких микрон. Таким образом, активированные углеродные материалы — это пористые углеродные материалы.
Активация позволяет получить сорбент с площадью пор около 1000–1500 м2 на 1 грамм угля. Эти чрезвычайно высокие величины и объясняют необычайно высокую эффективность активированных углей.
Каким образом активированные угли задерживают примеси?
В разветвленной системе пор активированных углей присутствуют центры, связывающие молекулы примесей. При этом пористая структура углей так разнообразна, что каждой молекуле находится подходящее посадочное место. Небольшие молекулы — например, фенола и хлороформа — сорбируются в самых мелких порах, более крупные молекулы — в порах среднего размера.