Михаил Ахманов - Вода, которую мы пьем

Кипячение воды.Воду прокипятите в эмалированном чайнике или кастрюле. Кипячение убивает микроорганизмы, и одновременно с паром из воды уходит практически вся летучая хлорорганика (последствия дезинфекции воды хлором). Однако следует помнить, что некоторые микробы и вирусы выживают в кипящей воде минуты и даже часы и что летучей хлорорганике нужно куда-то испаряться, а не задерживаться крышкой. Поэтому кипятите воду в сосуде без крышки и не менее 5–7 мин. Существует мнение, что кипячение сокращает объем воды, и в результате сильно повышается концентрация тяжелых металлов. Это нелепость: за 5–7 мин не выкипит даже десятая часть первоначального объема.

Обработанную таким образом воду нужно закрыть крышкой, чтобы не проникали бактерии из воздуха, остудить и, если угодно, разлить в трехлитровые стеклянные банки, плотно закрыв их полиэтиленовыми крышками. Хранить воду лучше в холодильнике.

Традиционных способов имеется три: механический, ионообменный и сорбционный .

Механический способ фильтрации.Для начала представим себе кастрюлю, накрытую марлей, через которую мы пропускаем воду. Это простейший механический фильтр, но что он остановит? Мусор миллиметрового размера… К тому же, хотя поверхность марли велика (например, один квадратный метр), работает только та ее часть, куда падает поток воды (допустим, сечением один квадратный сантиметр), и эта частица поверхности быстро засоряется. Разумеется, мы знаем, как поступить: сложим марлю вдвое, вчетверо, в восемь раз – теперь работают 8 см² поверхности, фильтр стал плотнее, он задерживает частицы размером 0,1 мм, или 100 мкм, но быстрее засоряется и поток воды через него течет медленнее.

Но если нас интересует качество фильтрации, а не скорость, нужно, чтобы работала вся поверхность марли. С этой целью скомкаем ее и запихнем в пластмассовый цилиндр сечением 1 см², через который и будем пропускать струю воды. В малом объеме цилиндрика вроде бы работает вся поверхность марли и задерживает частицы в 10 мкм. Но у этого способа есть недостатки: во-первых, резко снизилась скорость фильтрации; во-вторых, работает все же не полная поверхность марли, а верхние слои быстро забиваются примесями и не пропускают воду к средним и нижним слоям. Увеличим напор воды, таким образом, вода будет с силой продавливаться через всю поверхность марлевого фильтра. Но прогнав литров пять жидкости, мы заметим, что качество фильтрации падает: марля забита, и сильный поток воды не очищается, а вымывает из нее мелкий мусор. Нужно вытащить марлю и очистить ее.

На этом простом примере я продемонстрировал ряд проблем, возникающих при механическом способе фильтрации:

– необходимость уменьшить ячейки сетки или поры фильтрующего материала, чтобы фильтрация была качественной;

– необходимость создать в малом объеме фильтра большую рабочую поверхность, чтобы фильтр мог пропустить побольше жидкости (то есть имел большой ресурс);

– зависимость скорости фильтрации от плотности фильтрующего материала и давления воды;

– неизбежное засорение фильтра (исчерпание его ресурса);

– необходимость уловить момент засорения фильтра и либо заменить фильтр новым, либо очистить (регенерировать) его.

Наконец, последняя неприятность: представим, что, складывая марлю, мы можем добиться таких показателей фильтра, что через него не проходят частицы размером в несколько ангстрем – то есть молекулы, атомы, ионы. Казалось бы, прекрасно – мы задержим взвесь, бактерии, вирусы, всю органику и пресловутые ионы тяжелых металлов! А что мы получим на выходе? Может быть, ничего, если молекулы воды тоже не пройдут через наш фильтр, а в лучшем случае – «акву дистиллята», без необходимых нам макро– и микроэлементов! Ведь ионы натрия, магния, калия, кальция, хлора и все остальное, что делает воду питьевой водой , имеют такие же размеры, как ионы тяжелых металлов. В общем, несложно сделать фильтр, который бы все задерживал, но сконструировать такой, который бы задерживал ненужное, а нужное пропускал, – вот проблема!

Но давайте не будем торопиться с ее решением, а закончим с механической фильтрацией. Вам уже ясно, что это фильтрация через сито или сетку, то есть через инертную среду с определенным размером отверстий или пор, не пропускающих более крупные, чем эти отверстия, частицы. В качестве фильтрующего материала используется, конечно, не марля, а полипропиленовое волокно – в виде блока-картриджа, который подлежит замене по истечении его ресурса.

В зависимости от того, частицы какого размера могут быть задержаны, механическую фильтрацию делят на:

– ультрафильтрацию (задерживается 95 % частиц размером 0,2–0,5 мкм);

– два класса микрофильтрации (задерживается 95 % частиц размерами 0,5–5 и 5—15 мкм);

– два класса макрофильтрации (задерживается 95 % частиц размерами 15–50 и более 50 мкм).

Следовательно, механический фильтр способен, в принципе, задерживать крупные и мелкие частицы взвеси, бактерии и, с некоторой вероятностью успеха, вирусы и крупные органические молекулы. Что касается газов, металлов, хлорорганики и так далее, то они ему не по плечу; борьба с ними – не его задача.

Макрофильтрация обычно используется в предфильтрах, патроны которых врезают в водопроводную трубу на входе ее в квартиру, чтобы очистить воду от крупных частиц; тут можно поставить два предфильтра, на холодную и горячую воду, [17]и можно, разумеется, закладывать в патроны картриджи для микрофильтрации. Естественно, если такой картридж с очень мелкими порами (0,5–1 мкм), то он быстро засорится; оптимальный размер – 5 мкм. А вот в системе доочистки перед самым краном может присутствовать модуль микрофильтрации с размером пор 0,5–1 мкм, если в квартире установлен предфильтр. Если же его нет, то в систему перед краном можно установить два картриджа с порами 5 мкм и 0,5–1 мкм.

Теперь уместно поговорить о фильтрах, основанных на явлении осмоса и обратного осмоса, так как в них, по сути дела, реализуется такая же процедура очистки, как в механических фильтрах, только на молекулярном уровне. Твердое тело является очень мелкой природной сеткой, так как между атомами есть пустоты размером в несколько ангстрем. Но эта сетка трехмерная и исключительно плотная, она не пропускает ничего. Однако представьте, что мы изготовили пленку-мембрану толщиной в один атом или молекулу, а реально – во много молекулярных слоев, но все-таки весьма тонкую, от 1 мм до 0,1 мм или еще тоньше. В этой пленке между молекулами будут «отверстия-поры», причем очень маленькие, гораздо меньше, чем в механических фильтрах. Питьевая вода состоит из молекул H₂O и множества молекул и ионов примесей, и все они имеют хотя и малые, но разные размеры. Если процеживать воду через мембрану (точно так же, как мы это делали через марлю), то пройдут небольшие молекулы H₂O и близкие к ним по величине, а более крупные будут задержаны. Это и есть принцип осмотической, или мембранной, фильтрации.