Как происходит очистка воды? И как учёные предлагают улучшить её качество?
Ты то, что ты пьешьРоссия очень большая страна и снабдить её питьевой водой непросто. Да, у нас есть 20% мирового запаса питьевой воды— ледники, немалое количество водохранилищ, рек и озёр, но всё ещё сохраняются проблемы качества и доступности воды.
Вся загвоздка в том, как очистить воду от загрязнений и сделать её пригодной для питья. Основным источником служат поверхностные воды — к ним относят озёра, реки и водохранилища. А подземные воды играют второстепенную роль в снабжении человека питьём. Даже крупные города нашей страны, такие как Москва, Казань или Санкт-Петербург, берут воду в первую очередь из ближайших рек и водохранилищ.
Поверхностные воды возобновляются довольно быстро, не нужно ничего выкачивать из-под земли, вдобавок, их можно хранить в водохранилищах. В целом схема рабочая, но есть риск химический и микробных загрязнений.
В случае же с подземной водой ситуация немного другая: в ней полно минералов, солей и других примесей, которые ещё нужно убрать, а перед этим попробуй эту воду выкачай.
Как вы понимаете, питьевая вода должна соответствовать санитарно-эпидемиологическим требованиям и гигиеническим нормативам, а с этим могут возникнуть проблемы из-за технологий очистки воды и оборудования.
Любое оборудование, те же трубы например, нужно обслуживать, потому что если не следить за ними — металлы и пестициды могут оказаться в вашей кружке. Да даже погодные условия могут повлиять на качество воды, один только дождь уже создаёт большую нагрузку на систему.
Ну и конечно же, самое главное в очистке воды — это методы фильтрации. Их достаточно много, и каждый из них имеет свои «за» и «против», а учёные ежедневно пытаются сделать их всё лучше.
Как очищают воду?
Механический способ
Всего основных метода два — механический и химический. Механический способ в основном используют для первоначальной очистки. При таком методе загрязнения отделяют при помощи фильтров — уж мусор, песок и тому подобное они очистить в состоянии.
Этот метод довольно дешёвый и простой, но только вот не совсем эффективный — очищает всего около 60%. Так что одним им не обойтись.
Химический способ
С химическим всё просто — добавил в воду специальный раствор реагентов, все заразы и примеси погибли — пейте на здоровье! Или нет? Вся беда в том, что после реакций могут остаться вещества, элементы распада и так далее.
Но всё же, химические способы очень эффективные, например, метод с коагуляцией: реактивы-коагулянты при контакте с растворимыми примесями просто образуют осадок— а дальше остаётся только отправить на фильтрацию. И всё, никаких проблем. Также можно использовать органические кислоты, например лимонную, и они нейтрализуют всякую потенциальную пакость.
Есть ещё методы, которые основаны на флотационных процессах, сорбционных явлениях, жидкостной экстракции, ионообменных реакциях, электродиализе и обратном осмосе, а также термической обработке.
Помимо этого, значительное распространение получили биологические методы очистки, которые используют метаболические процессы живых организмов. Перспективным направлением исследований является применение радиационных и ионизирующих излучений для повышения эффективности очистки воды.
Обратный осмос
Многие слышали про обратный осмос — на сегодняшний день это один из самых эффективных способов очистки. Процесс очистки происходит благодаря полупроницаемой мембране, через которую из более концентрированного в менее концентрированный раствор переходит вода. При этом мембрана пропускает растворитель (в данном случае воду), но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества.
Обратный осмос способен удалить частицы 0,001−0,0001 микрометра. Для понимания насколько это маленький размер— вода практически полностью очищается от всех веществ: ни примеси, ни питательные вещества, ни что-то ещё не пройдёт через мембрану. Однако такой способ очистки влетит в копеечку, потому что фильтры достаточно часто нужно менять.
Учёные придумали, как снизить стоимость: синтезировать керамические мембраны из промышленных отходов, а для основы использовать микросферы золы.
От работы угольных электростанций остаётся много золы, и её использование решает сразу две проблемы. В золе есть полезные вещества, такие как микросферы из алюмосиликата. Они являются идеальным веществом для создания керамических мембран из-за своей легкости и формы.
Вышедшая работа посвящена первому этапу разработки, а именно созданию новых керамических подложек. Это основа, которая тоже имеет вид мембраны, но на нее впоследствии будут наноситься дополнительные слои, которые обладают меньшим размером пор и могут задерживать меньшие компоненты. Потребность в подложке обусловлена тем, что при фильтрации нам необходимо пропускать через мембрану жидкость под давлением. И мембрана должна выдерживать разность давлений, поэтому и выбран материал на основе керамики.
Однако, такая мембрана с золой имеет большие поры, что не позволяет полноценно очистить воду, но для первой ступени очистки, чтобы избавиться от крупных веществ, она подходит идеально.
Коротко и о других методах
Для очистки воды могут использовать даже радиацию. Облучение, в целом, довольно много где применяют, например очищают продукты. Впрочем, в нашем случае такой метод подойдёт лишь для сточных вод, если добавить в них озон или перекись водорода.
При помощи «холодного кипячения», то есть специального прибора, который работает как блендер. Вокруг его лопастей образуется высокое давление и температура, затем происходит сжатие и разрежение воды, что приводит к небольшим взрывам пузырьков. Такой метод приводит к обеззараживанию воды, а не к её полноценной очистке. Примерно по такой же схеме работает и новая разработка команды Новосибирского государственного технического университета (НГТУ НЭТИ).
Новый метод от отечественных учёных использует сразу несколько физических приемов. Воду обрабатывают путём изменения давления, потом пускают потоки воды на большой скорости — для этого используют звуковые колебания разной частоты, при этом создаются пузырьки и завихрения. Все это заставляет вредные вещества в воде, например, соли и металлы, превратиться в осадок, который потом легко удалить с помощью фильтра.
Помимо этого, есть способы очистки с добавлением золота и другим металлов или различных живых организмов, но это довольно редкие и узконаправленные способы.
Очистка воды — важно для всего человечества
Очистка воды крайне важна — согласитесь, что состав того, что мы пьём, влияет на человеческий организм по-разному. Состав воды важен в том числе для мытья продуктов или похода в душ. Будет крайне неприятно осознавать, что вроде как чистое яблоко из-за воды может оказаться только грязнее, а мытьё неочищенной водой может вызвать нездоровую реакцию у кожи.
И хотя то, что вода из-под крана сразу готова к использованию, мы воспринимаем как данность, за этим стоит большой труд специалистов, которые и по сей день улучшают станции и методы очистки.