Здесь я попробую сформулировать в понятной даже для непросвещенного читателя форме ответ на вопрос: так что же такого плохого в фильтрах Петрика, что против них поднялась почти вся "академическая кодла"?
Нанотехнологии?
Для начала попробуем ответить на такой вопрос: а правда ли, что фильтры Петрика используют нанотехнологии? Этот вопрос, казалось бы относящийся больше к ведомству маркетологов, нежели ученых и инженеров, на самом деле не столь уж второстепенный. Наночастицы (под которыми подразумевается все, что меньше 100 нанометров), особенно с какими-либо активными добавками, вроде ионов серебра или других дезинфектантов, убивающих бактерии – совсем небезобидная вещь. Такие частицы обязательно попадут в фильтруемую воду, и как они подействуют на организм – никому ещё не ясно.
Меня, как технолога по образованию, все-таки успевшего даже в свое время поработать по специальности, заинтересовала во всем этом деле одна техническая деталь – а может ли вообще фильтр, использующий частицы наноразмеров, работать как надо? Интуитивно ясно, что сопротивление фильтра зависит от пористости материала, из которого его делают, и размера частиц – так, через глину, которая состоит как раз из частиц размеров, близких к понятию "нано", вода будет сочиться очень долго, а через песок с более крупными частицами – проходить, почти не задерживаясь. Может быть, в этом интуитивном представлении что-то не так?
Бытовые фильтры Петрика. (Фото с официального сайта "Золотая формула")
Действительно, на первый взгляд не очень понятно, почему так должно быть. Предположим, что фильтрующий слой состоит из одинаковых сферических частиц, уложенных в наиплотнейшую из всех известных гранецентрированную кубическую упаковку, в которой доля свободного пространства (через которое и течёт вода) составляет 26%. Эта доля не меняется в зависимости от размеров частиц, и, следовательно, по крайней мере если частицы много больше размеров отдельных молекул жидкости, то вроде бы и в мелких и в крупных фильтрах жидкость должна вести себя одинаково.
Но на самом деле никому она ничего не должна. В дело вступают силы вязкости, которые тормозят течение жидкости в тонких каналах, и чем последние тоньше, тем больше тормозят. На практике это выражается в законе, который формулируется так: при прочих равных условиях скорость фильтрования прямо пропорциональна квадрату диаметра зерен1. Если уменьшить диаметр зерен в десять раз, то скорость фильтрования упадет в сто раз.
Для количественной оценки надо знать, откуда брать давно известные формулы для расчета фильтров, и что в них подставлять, как учитывать форму и неоднородность частиц, и т. д. Чтобы не копаться здесь в вычислениях, приведу конечный результат, взятый из статьи Ю. А. Ищенко вот в этом выпуске профессионального журнала водопроводчиков: для фильтра диаметром 13,5 см со слоем наноматерала в 10 см, необходимый для пропускания 10 литров в час напор должен составлять около 13300 метров водяного столба2!
Комментарии излишни, причём следует учесть, что сопротивление фильтра со временем – по мере накопления осадка – только возрастает (о чем далее). И, добавлю от себя, что расчёты Ищенко ещё не учитывают капиллярные явления – удержание воды в порах за счет поверхностного натяжения – которые в таких пространственных масштабах должны играть огромную роль.
Резюме: если вы хотите всерьёз уменьшить диаметр пор в обычном фильтре, так, чтобы отфильтровывать вообще все посторонние частицы в жидкости, вам придется смириться с тем, что такой фильтр будет иметь запредельное сопротивление, и вода через него просто не пойдет. Для всех реальных фильтров, на каком принципе они бы не работали, приходится искать компромисс. Этим процесс фильтрования ничем не отличается от любых других физических процессов, лежащих в основе современной технологической революции. Скажем, невозможно снизить потери в проводах линий электропередач до нуля, можно только заранее прикинуть, каковы они будут при заданной стоимости сооружения линии, и, если эти потери выйдут за пределы разумного, обосновать увеличение сечения проводов и тем самым стоимости сооружения. Собственно, инженерное искусство и состоит в основном из поиска таких компромиссов.