Наук российской федерации б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир физико-химические аспекты биологического действия электрохимически активированной воды москва, 1999
|
|
Скачать 3.87 Mb.
|
|
Глава 6. ПРИМЕНЕНИЕ ЭХА В СФЕРЕ МЕДИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ, ПИЩЕВЫХ, БИОТЕХНИЧЕСКИХ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 6.1. Отмывка, регенерация, улучшение биосовместимости и функциональных свойств изделий медицинского назначения. Отмывка и стерилизация диализаторов крови для повторного использования при гемодиализе у одного и того же больного. В подавляющем большинстве случаев внепочечное очищение крови уремических больных осуществляется с помощью разовых диализаторов, повторная эксплуатации которых не предусмотрена, так как их многократное использование у разных больных создает риск переноса вирусных инфекций (болезнь Боткина, СПИД и т.д.). В то же время их повторное применение у одного и того же больного не связано с эпидемиологической опасностью. Однако следует учитывать, что в этих случаях у больного могут возникать пирогенные реакции на остаточные загрязнения изделия частично денатурированным аутогенным белком. Поскольку потребность в диализаторах крови велика, а их стоимость достаточно велика, вопрос о повторном использовании разовых диализаторов у одного и того же больного является актуальным при условии устранения риска пирогенных реакций. Существуют также чисто медицинские аргументы в пользу повторного использования разовых диализаторов крови у одного и того же больного. В кровопроводящей системе свежего диализатора всегда присутствуют посторонние полимерные частицы, продукты деградации полимеров, посторонние токсические вещества микробной или иной природы. В результате использования разовых диализаторов на основе купрофана у больного возникают характерные осложнения в виде так называемого «купрофанового синдрома» (интоксикация, суставные боли, нейтропения, аллергические реакции). Диализирующие мембраны на основе полисульфона сорбируют витамины группы В, что сопровождается негативными последствиями для больного. В разовом диализаторе, бывшим в контакте с кровью, происходит его отмывка от посторонних загрязнений, а сорбционные места на поверхности и в порах диализирующих мембран покрываются адсорбатами белкового типа, преимущественно альбумином, что улучшает совместимость диализатора с форменными элементами крови. Однако при этом аутогенные белки, сорбированные на диализной мембране, подвергаются частичной деградации и становятся аномально активными относительно организма хозяина. Несмотря на это экономическая и медико-биологическая выгода от повторного использования диализаторов крови у одних и тех же больных стимулировала разработку способов и устройств для очистки и стерилизации диализаторов перед повторным использованием: аппараты «Редиал РД-2», Польша-Швейцария; «Диалимед-1/S», США-ФРГ; «Ренатрон», ФРГ-Англия. В вышеперечисленных устройствах в качестве моющих и стерилизующих агентов применяются химические средства, создающие в отмытом диализаторе остаточный токсический фон и усиливающие фиксацию на мембранах денатурированных белков. Некоторые из указанных аппаратов неудобны в работе из-за необходимости постоянной замены рабочих растворов. В 1987 г. во ВНИИИМТ МЗ СССР разработан новый технологический прием отмывки диализаторов крови. Отмывка диализаторов производила ЭХА-растворами в электрохимической установке «Редокс». При этом качество отмывки усиливалось за счет эффекта электроосмотического перетока растворов через мембрану, разделяющую А и К с резко различающимися ОВП (ОВП = 1500 мВ и более). При толщине диализных мембран 10-40 мкм такой перепад ОВП соответствует напряженности электрического поля 4104 - 1,5105 В/см, что обуславливает электроосмотический переток в диализаторе от А к К со скоростью 150 мл/м2ч. В процессе протекания через мембрану А действует на содержимое в глубине ее пористой структуры. Этим достигается выдавливание посторонних включений из глубоких пор и стерилизация мембраны по всей толщине. Проверка эффективности установки «Редокс» (модель «Редокс-1») проводилась в отделении гемодиализа Вологодской областной больницы с декабря 1988 г. Отмывали 400 диализаторов в квартал. После двух- и трехкратных отмывок функциональные свойства изделия сохранялись на 80-90%. Количество устранимых осложнений после использования отмытых диализаторов было 9,25%, в контрольной группе - 2,9% (Р 0,001). Серьезных осложнений не отмечалось. Индекс подвижности размороженных сперматозоидов быка в смывах с отмытых диализаторов в пределах нормы. Обработка диализатора перед употреблением изотоническим раствором К стимулировала подвижность размороженных сперматозоидов в смывах с диализной мембраны на 30%, что указывает на возможность управления с помощью ЭХА-растворов биологической совместимостью полимерной мембраны. В настоящее время имеется 4 модификации установок «Редокс» и установка «Ренотрон», осуществляющая отмывку и стерилизацию диализаторов крови с помощью раствора АН. Способ получения моющего раствора для удаления белковых загрязнений . [101] С целью повышения активности моющего раствора в качестве растворителя используют водный раствор хлорида натрия (0,1-0,9%), хлористоводородной кислоты (0,01-0,02%) и мочевины (12,0-18,0%), который предварительно подвергают катодной электрохимической обработке до достижения ОВП = от минус 450 до минус 550 мВ,ХСЭ. В качестве протеолитического фермента добавляют хемотрипсин в количестве 0,01-0,05% от массы раствора. Раствор предназначен для удаления белковых загрязнений с изделий медицинского назначения сложной конфигурации с трудноочищаемыми поверхностями. Использование электрохимически активированной воды в технологии очистки и обеззараживания микросфер, применяемых в установках типа «Клинитрон». [102] Мелкие стеклянные микросферы используются в качестве наполнителя в установке «Клинитрон», предназначенной для лечения ожоговых больных. Больной в установке «Клинитрон» лежит на поверхности из полимерного материала, покрывающего массу микросфер, флюидизированных струей теплого воздуха. В результате тело больного непрерывно обдувается, давление тела на полимерную поверхность резко уменьшается, и больной лежит как бы на воздушной подушке, что исключает прилипание ожоговой поверхности к полимерному материалу и облегчает процесс выздоровления. Со временем микросферы загрязняются ожоговыми выделениями, инфицируются и теряют функциональные свойства. Отмывка и регенерация микросфер целесообразны ввиду их высокой стоимости. Разработана технология очистки микросфер растворами КН и К и обеззараживания раствором АН или анолитом щелочным, приготовленном на установке СТЭЛ особым способом. Эффективность отмывки усиливается добавками препарата трипсина, приготовленного на католите. Водоемкость обработки сокращается в 3-4 раза, время обработки уменьшается в 2-3 раза по сравнению с традиционными методиками с применением неактивированных химических растворов. Предложенная технология отличается экологической чистотой и экономической эффективностью. Проведена промышленная апробация. Улучшение биосовместимости интраокулярных линз на основе полиакрилатов с помощью электрохимически активированной воды. [103] Проводилась отмывка интраокулярных линз (ИОЛ) ЭХА-растворами от остаточного мономера метилметакрилата (ММА). Оптимальная среда для отмывки ИОЛ: смесь католита с этиловым спиртом в отношении 1:1. После отмывки ИОЛ указанной смесью миграция ММА снизилась на порядок, что значительно улучшило биосовместимость ИОЛ при их имплантации. Использование ЭХА-воды при отмывке от загрязнений фармацевтической посуды. [104] Новую посуду погружают в А для исключения дальнейшего выщелачивания стекла. Новую посуду, выдержанную в А, и посуду, бывшую в употреблении, замачивают на 10-15 мин. в растворе моющих средств в КН, а затем споласкивают в КН, что гарантирует полное удаление следов моющих средств с поверхности стекла. Для удаления осадков неорганических соединений и следов белка использовали АН. Данный метод обработки фармацевтической посуды улучшает сохранность лекарственных средств, соприкасающихся со стеклом. Улучшение биосовместимости полимерных материалов и изделий медицинского назначения с помощью ЭХА водных растворов. [105, 106] Улучшение биосовместимости полимерных материалов при обработке их ЭХА-растворами, синтезированными на установках типа СТЭЛ, достигается за счет их высокой экстракционной способности по отношению к продуктам неполной полимеризации полимерных композиций, технологических добавок и т.д., которые в процессе эксплуатации могут мигрировать в контактирующие среды (лекарственные препараты, биологические жидкости). После обработки АН силиконовых протезов трахеи уровни миграции из них продуктов разрушения полимерной композиции уменьшались в 2-3 раза. Обработка с помощью ЭХА-растворов перевязочных материалов нового поколения (липких салфеток), а также гемо- и иммуносорбентов освобождает их от остаточных мономеров и усиливает их сорбционные свойства. В частности при обработке липких пленок с помощью АН они приобретают сорбционные свойства, обеспечивающие дополнительное очищение раневой поверхности. Этот эффект связан с освобождением в веществе липких пленок сорбционных мест, ранее занятых продуктами деградации полимерных материалов. Регулирование окислительно-восстановительных свойств аппликационного сорбента с помощью ЭХА-растворов. Во ВНИИИМТ ОАО «НПО «Экран» разработан аппликационный сорбент с антиоксидантной активностью «Цефосорб» на основе микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) с антиоксидантным покрытием синтетическими фосфолипидами (эмульгатор ФОЛС). Сорбент рекомендован для клинического применения решением комиссии по инструментам, аппаратам и приборам, применяемым в общей хирургии Комитета по новой медицинской технике МЗ и МП РФ (Протокол №5 от 20.05.93). Технологическая схеме производства сорбента предусматривает промывку сорбирующей матрицы МКЦ католитом водопроводной воды с рН = 10-10,5; ОВП = от минус 700 до минус 800 мВ,ХСЭ с доведением вытяжки из непокрытой МКЦ до рН = 7,0 + 0,1. После покрытия МКЦ эмульгатором ФОЛС методом осаждения из раствора ФОЛС в гексане осуществляется ЭХА кондиционирование сорбента путем последовательной обработки массы покрытого сорбента А, АН и К, получаемыми на установке СТЭЛ. После этого сорбент отмывают физиологическим раствором хлорида натрия до рН смываемого раствора в пределах 6,8 - 7,2. По требованию заказчика проводят кондиционирование сорбента в диапазоне рН смыва от 5,0 до 8,0. Повышение действия поверхностно активных веществ (ПАВ). [107] Приготовление растворов ПАВ на активированных водных средах повышает их эффективность, сокращает расход ПАВ, усиливает моющий и эмульгирующий эффект. Технология актуальна при отмывке изделий медицинского назначения, стирке больничного белья, мытья утвари и т.д. Общее уменьшение расхода ПАВ дает хороший экономический эффект и снижает экологический риск. 6.2. ЭХА в пищевой и биологической промышленности. Инверсия сахара-сырца. [108] В опытно-промышленных условиях получен инвертный сироп с высокими физико-химическими и технико-экономическими показателями при замене в составе сиропа кислоты на электрохимически обработанный 0,5-1% раствор хлорида натрия (ОВП = 1200 мВ,ХСЭ). Процесс инверсии сахарозы ускоряется в 3-4 раза. Технология гидролиза крахмала. [109] Используют А в качестве катализатора гидролиза крахмала. Для нейтрализации гидролизата применяют К. Технология позволяет вырабатывать выходной продукт с заданным ОВП. Из полученного гидролизата вырабатывается патока высших сортов (ГОСТ 5194-68) с зольностью 2%. Технология получения сухого концентрата чая. [110] Чайное сырье экстрагируют в К с рН = 10-11; ОВП = от минус 150 до минус 400 мВ,ХСЭ. Указанные параметры К обеспечивают максимальный выход экстрактивных веществ. Первичный и вторичный экстракты смешивают, очищают от балластных веществ, концентрируют и сушат. Технология апробирована в 1986 г. на комбинате чая в г.Самтредиа (Грузия). Оценка положительная. Регенерация окисленных жиров. [111] Расплавленный кулинарный жир заливают в катодную камеру, в анодную камеру - водопроводную воду. Ток 10-20 А напряжением 40 кВ. Время обработки 20-30 мин. до постоянного значения кислотного числа. Стабильность регенерированных жиров к окислению повышается в 2,5 раза. Раскисление молока. [112] Кислотность молока, подвергнутого катодной обработке в диафрагменном электрохимическом реакторе, может быть доведена до кондиции парного молока даже при исходной кислотности до 50 Тернера. Поданным исследований, проведенных в 1981 г. Ташкентским производственным объединением молочной промышленности вкусовые качества и биологическая ценность молока, раскисленного электрохимическим способом, восстанавливается полностью. Применение ЭХА-воды в производстве макаронных изделий. [113]) Макароны, приготовленные из хлебопекарной муки и воды, активированной в катодном режиме, характеризуются очень низкой концентрацией свободных радикалов относительно макарон, приготовленных на необработанной воде. Проверка осуществлялась институтом питания АМН СССР (см. исх. 72-980 от 24.05.89). Изменение структурно-механических свойств зерна пшеницы при использовании активированной воды. [114] Активация воды производилась гелий-неоновым лазером ЛГ-75. При замачивании зерна активированной водой интенсифицируется процесс разрыхления эндосперма, что сопровождается увеличением выхода продукции высшего качества и уменьшением зольности. Влияние электрохимической обработки на показатели крупки какао. [115,116] Электрохимическую обработку увлажненной крупки какао проводили в диафрагменном электроактиваторе в зоне катода. В результате обработки содержание жира в массе какао увеличивалось от исходных 53,5% до 57,4-58% при увеличении рН вытяжки от 5,7 до 6,3. Максимальный прирост содержания масла какао происходил при концентрации КСl и К2СО3 0,05%. Гидролиз углеводных компонент ускоряется. Зольность снижается с 6% до 3,8%. Органолептические качества продукта улучшались. Получен экономический эффект за счет увеличения выхода масла какао при прессовании. Применение ЭХА в производстве пива. [118] При замачивании зерна ЭХА-растворами в солодоращении достигается: обеззараживание зерна без применения специальных веществ; сокращение продолжительности замачивания на 12-24 ч.; увеличение энергии проростания зерна, ускорение процессов экстракции и ферментации в 1,5-2 раза. В результате качество выходного продукта существенно улучшается. Новая технология приготовления газированного напитка. [119] Напиток под названием «Сливочный» изготовляется на основе подвергнутой электрохимическому раскислению сыворотки молока. Таким образом обеспечивается полезное употребление 2/3 ресурсов молока, перерабатываемого на сливочное масло, сыр, творог, казеин. Биологическая ценность раскисленной сыворотки полностью сохраняется. Технология производства продуктов из мяса конины с использованием ЭХА-растворов. [119] Посол мяса в К смещает РН мяса в щелочную сторону и увеличивает его влагосвязывающую способность без загрязнения добавками. Обеззараживание мяса осуществляется А. Новый способ повышения сохранности мясного сырья. [64] См. раздел 4.8. Новый способ санитарной обработки технического оборудования трубопроводов и тары в пищевой промышленности. [121] Оборудование, трубопроводы или тару предварительно моют К в течение 5-7 мин. При применении моющих средств оборудование споласкивают К. Затем проводят промывание А или АН в течение 5-15 мин., чем достигается обеззараживание. Продолжительность и трудоемкость обработки существенно сокращается. Эффективность обработки тушек забитой птицы электроактивированной водой. [122] Охлажденный раствор А применяют для дезинфекции тешек в технологическом процессе их обработки, в частности, при охлаждении, что обеспечивает хорошее санитарное состояние мяса птицы по сравнению с результатами охлаждения тушек в холодной водопроводной воде. Отмывающее и обеззараживающее действие ЭХА-растворов в технологии обработки продуктов птицеводства. [92] К на основе слабоминерализованной воды (рН = 9,5 - 11,0; ОВП = от минус 600 до минус 900 мВ,ХСЭ) хорошо отмывает скорлупу яиц от органических и неорганических загрязнений. Отмечалось очень высокое качество отмывки благодаря проникновению К в поры скорлупы. Последующая обработка яиц с помощью А обеспечивала их поверхностное обеззараживание. В результате взаимодействия А и К в порах скорлупы происходило образование гипохлоритов, что обеспечивало защиту от проникновения микробов в течение 25 дней. Обработка тушки бройлера горячим К способствовала резкому снижению сопротивления на границе раздела фаз «стержень пера-перьевой фолликул», что объясняется адсорбцией гидроксилов в тканях перьевого фолликула. При этом качество удаления пера с тушек и их отмывка существенно улучшались. После обработки тушек А (ОВП = 1100 мВ,ХСЭ), охлажденным до 0 - 2С, бактериальная обсемененность тушек полностью ликвидировалась. ЭХА-растворы в технологиях получения пектинов. [123,124] Разработана технология получения пектина из яблочных выжимок, предусматривающая замену в технологическом цикле минеральных кислот ЭХА-растворами. Обработка ЭХА-растворами депиктинизированных (вторичных) яблочных выжимок позволяет получение ценных конечных продуктов: питательных микробиологических сред, ферментов целлюлозного комплекса, антибиотиков. Гидролитическая активность А, полученного в РПЭ, регулируется в диапазоне рН = 1,1 - 5,0, что необходимо для получения пектина с заранее заданными свойствами. Структурные аномалии активированного А релаксируют в течение нескольких часов, однако благодаря им А обладает высокой проникающей, смачивающей и экстрагирующей способностью, эффективно реализующейся в процессе гидролиза исходного сырья для получения пектина. ЭХА-растворы в технологиях производства лекарственных средств и биологически активных добавок для пищевой промышленности. [125] Применение ЭХА-растворов, полученных на установках типа СТЭЛ, позволило полностью исключить из технологического процесса применение синтетических моющих средств, заменить жесткую тепловую стерилизацию стеклянных культивационных сосудов химической стерилизацией методом погружения в АН, исключить использование щелочи и перекиси водорода для мойки и стерилизации микрофильтрационной установки. Экстракционная обработка ЭХА-растворами природных биостимуляторов (адаптогенов). В 1991-93 гг. во ВНИИИМТ ОАО «НПО «Экран» изучалось экстрагирующее действие ЭХА-растворов на природные субстраты с целью извлечения из них биологически активных соединений. Проводилось экстрагирование натурального прополиса дистиллированной и пресной водой, этиловым спиртом и католитом водно-солевого раствора минерализацией 0,2-1,5 г/л с рН = 11,0-11,7; ОВП = от минус 700 до минус 820 мВ,ХСЭ. При этом отношение массы прополиса к объему экстрагента составило 20:100 г/мл. Продолжительность экстрагирования 4 сут. в темноте при t = 4C . Результаты опыта. В неактивированной воде экстракция прополиса не происходила. В этиловом спирте была получена настойка прополиса желтоватого цвета с характерным медовым запахом и оптической плотностью D = 0,15 при условиях фотометрии на спектрофотометре КФК-2: = 540 нм, кюв. 10,070. Настойка прополиса на католите при тех же условиях имела интенсивный бурый цвет, мягкий медовый запах, рН = 9,0, D = 1,0 при тех же условиях. Эти качества вытяжки прополиса на католите не менялись в течение 3-х лет. Тестирование по показателям подвижности размороженной спермы быка показало, что вытяжка прополиса на католите в 30 раз менее токсична по сравнению с вытяжкой прополиса на этиловом спирте в равных условиях тестирования (разведение тестируемой пробы в эталонной среде 4:100). Проводились опыты по экстрагированию в различных жидких средах сухого порошка корня «женьшень». Установлено, что вытяжка корня «женьшень» на АН с рН = 5,8; ОВП = 760 мВ,ХСЭ обладает наибольшей оптической плотностью, максимальными показателями сухого остатка и электропроводности. Вытяжки на католите (рН = 9,5 - 10,6; ОВП = от минус 200 до минус 700 мВ,ХСЭ ) характеризовались высоким показателем сухого остатка и хорошей электропроводностью. Вытяжка на дистиллированной воде имела высокий показатель сухого остатка, но сравнительно низкую электропроводность. Кислый анолит солевого раствора, в данном опыте обладал самой низкой способностью извлекать из сырья компоненты сухого остатка, но сравнительно высокой электропроводностью. АН и К обладали более высокой экстрактивной способностью по сравнению с 70% этиловым спиртом. Таким образом ЭХА-растворы обладают избирательной способностью извлечения из растительного сырья различных фракций. Наибольшая экстрактивная способность АН по сравнению с другими водными средами объясняется в данном случае спецификой почв, пригодных для произрастания «женьшень» (экстракция порошка корня идет наиболее активно при нейтральных рН и высоком ОВП). Применение концентратов на основе ЭХА-растворов в производстве мучных изделий. [126] Пектиновый концентрат, полученный на основе ЭХА-экстрагентов, улучшает качество хлебобулочных изделий по показателям удельного объема, упругости и срока сохранения свежести изделия, который увеличился в 1,4-1,9 раза. Экстрагирование ценных компонентов из корней цикория ЭХА-растворителем. [127] При изготовлении лечебно-профилактических напитков из корней цикория использован А, насыщенный двуокисью углерода. С помощью расчетов на математической модели параметры процесса экстрагирования оптимизированы. 6.3. ЭХА-растворы в косметологии. Использование ЭХА-растворов для приготовления косметических кремов. [128, 129] В Латвии разработаны два вида косметических кремов, содержащих до 30% анолита или католита. ЭХА-растворы в составе кремов находятся в состоянии микрокапсулирования. Крем, содержащий анолит (Ekoell-A) , обеззараживает кожу. Крем с католитом (Ekoell-K) является универсальным стимулятором клеточного метаболизма, стабилизирует клеточные мембраны, замедляет старение кожи. 6.4. Технологическое использование ЭХА-растворов в сельском хозяйстве и при обработке сельскохозяйственного сырья и продуктов. Получение экологически чистого азотного удобрения. [130] Использование ЭХА позволяет создать экологически чистый процесс получения азотистых удобрений. Натриевая, кальциевая, магниевая и калиевая селитры синтезируются непосредственно из солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов) в поливной воде. Воду предварительно подвергают катодной обработке, а затем пропускают через нее окислы азота, полученные при плазмохимической обработке воздуха. Получение экологически чистого дефолианта хлопчатника. [131] При нанесении на листья хлопчатника дефолианта, приготовленного анодной обработкой минерализованной (арычной) воды, листья засыхают и опадают. При этом минерализация и кислотность почвы не увеличивается. Сроки созревания и раскрытия коробочек хлопчатника сокращаются. Технология усовершенствована с помощью дозированного смешивания А и К в результате чего получают дефолиант с рН = 4,5 - 5,5. При смешивании А и К образуются хлораты кальция и магния, являющиеся весьма эффективными дефолиантами, действующими в метастабильной среде. Предпосевная обработка семян. [132] Замачивание семян хлопчатника перед посевом в К водопроводной воды (рН = 10-11) интенсифицирует прорастание семян, повышает их устойчивость к вирусным инфекциям, увеличивает урожайность и качество хлопчатника. Технология прошла ряд этапов усовершенствования. Силосование зеленых кормов. [133] Консервант силоса на основе анолита 1% раствора поваренной соли соответствует требованиям ГОСТ 23638-79, не уступает по качествам зарубежным препаратам, но дешевле их в 100 раз. Разработаны дополнительные способы улучшения питательной ценности кормов. АН с Сох = 300 - 400 мг/л может быть использован в качестве консерванта. Технология обеззараживания зерна и зерновых продуктов. [135] Обработка зерна с помощью К обуславливает сенсибилизацию уничтожаемых факторов заражения зерновой массы (насекомые, микроорганизмы) к последующей обработке распыляемым биоцидным препаратом на основе А с добавками эмульгаторов. В поток распыляющего воздуха вводятся электролизные газы. Обработка не создает фона остаточной токсичности. Эффективность обеззараживания зерна усиливается. Метод обеззараживания зерна ЭХА-растворами отличается доступностью рабочих сред и высокой экономичностью. Технология хранения цитрусовых плодов. [135] Цитрусовые плоды промывают в течение 3-4 мин. А с рН = 2,0-2,5; ОВП = 400 - 600 мВ,ХСЭ, подсушивают и размещают в таре. Хранят плоды в воздушной среде с влажностью 85-90%, поддерживаемой периодическим распылением К (рН = 10,5-11,5 ; ОВП = до минус 800 мВ,ХСЭ). Испытания технологии проводились Грузинским институтом субтропического хозяйства. При использовании для обработки крепких ЭХА-растворов массовая доля потерь плодов за 90 дней не превысила 0,1% (в контроле 26%). Обсемененность обработанных плодов микроорганизмами отсутствовала. Борьба с вредителями растений. [136] Для улучшения результатов уничтожения белокрылки с помощью А применяли эмульсию анодно обработанного масла в А. Обработка масла осуществлялась у анода из меди. Биоцидная эмульсия взаимодействует с гидрофобными защитными образованиями оболочек яиц, личинок и нимф белокрылки. Доля уничтожения насекомых 100% (в контроле 70%). Новая технология обработки кишечного сырья с применением ЭХА-растворов. [137] Разработана технология консервации кишечного сырья с помощью А, полученного на электроактиваторе «Эсперо». Технология применения ЭХА-растворов для увеличения срока хранения плодоовощной продукции. [138] Проводилось обеззараживание плодоовощной продукции, тары и инвентаря с помощью А методом погружения или распыления. Технология стимуляции привеса животных и птиц. [139] Технология прерывистого поения животных и птиц К. Оптимальные результаты получены при выпаивании К с рН = 7,5-9,5 в дозе 10 мл/кг. С увеличением рН раствора К привес начинает резко падать, при рН=12 в организме животных и птиц отмечается угнетение активности ферментов. Новая технология консервации шкур и отмывки шерсти. [140, 141] Шкуры свиней и мелкого рогатого скота обрабатывали А с рН = 2; ОВП = 840 мВ,ХСЭ с внешней и мездровой стороны. Показатели белкового распада в обработанных шкурах были ниже контрольных. Процессы консервации и обезвоживания обработанных шкур ускорялись, сырье обеззараживалось. С целью промывки тонкорунной шерсти готовились растворы синтетических моющих средств (СМС) на К. Достигнуто уменьшение расхода СМС на 70-80%, сокращение времени технологического цикла, уменьшение водоемкости процедуры. Ведутся исследования возможности промывки шерсти без применения СМС по схеме: К с рН = 10 - А с рН = 4-5 - К с рН = 10 - вода. 6.5. Кондиционирование воды плавательных бассейнов и питьевых источников сомнительного санитарного качества. Обеззараживание воды плавательных бассейнов нейтральным анолитом. [142, 143, 144] АН объемом 180 л. (Сох = 700 мг/л ) вводился в воду плавательного бассейна объемом 3106 л (отношение 1:17000) (бассейн «Октябрь», Москва). Получен сдвиг титра кишечной палочки с 4,0 до 111,1 за час. Запах хлора в виде бассейна отсутствовал. Обеззараживание воды бассейна с помощью АН в указанном режиме достаточно проводить 1-2 раза в сутки в отличии от хлорирования каждые 8 ч. общепринятыми методами. В г.Лас-Вегас, шт. Невада, США для обработки воды в открытых бассейнах объемом 50-80 м3 применяли АН, получаемый на установке СТЭЛ, в соотношении АН : вода = 1 : 1000. В исходной воде бассейна рН = 7,3; содержание активного хлора 3 мг/л ; содержание брома 6,5 мг/л ; цвет ярко-голубой ; сильный запах хлора. После добавления АН через 3 дня в воде бассейна рН = 7,2; содержание активного хлора 1 мг/л; бром не обнаружен ; цвет светло-бирюзовый; запах отсутствовал. Эти параметры сохранялись в течение всего периода испытаний. Рост водорослей Blak Algea отсутствовал. Минимально допустимый уровень Сох в воде бассейна, препятствующий росту Blak Algea при добавлении АН, составляет 0,1 мг/л Отмечено уменьшение жесткости воды и ее благоприятное воздействие на кожу купающихся. В период Руандийского кризиса 1994 г. британской стороной произведена закупка в России партии установок СТЭЛ, которые применялись в Руанде для обеззараживания воды из открытых источников. Вода, обеззараженная добавлением АН, использовалась для питья в лагерях беженцев. Объем очищенной таким образом воды составлял 100000 л в день на одну установку. Глава 7. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ СВОЙСТВАМИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ 7.1.Общие принципы очистки питьевой воды. Физико-химические предпосылки электрохимической обработки воды низкой минерализации. Качество питьевой воды определяется известными национальными стандартами. В Российской Федерации действует ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая» в соответствии с которым вода, употребляемая для питья, должна удовлетворять следующим условиям: рН в пределах 6,0-9,0; сухой остаток не более 1000 мг/л; общее микробное число не более 100 микробных тел на 1 мл; коли-индекс не более 3 (количество коли-бактерий на л ); концентрация химических элементов и химических соединений естественного или антропогенного происхождения не более ПДК, указанных в ГОСТ; органолептические показатели (запах, цветность, мутность) в соответствии с требованиями ГОСТ. Необходимость в коррекции качества питьевой воды возникает в случаях ее избыточного закисления или защелачивания, при увеличении показателя сухого остатка выше указанного предела (в частности при высокой минерализации), при повышенной бактериальной зараженности и при наличии в воде гидробионтов, при избыточной концентрации ионов тяжелых металлов, токсических органических и неорганических соединений, при появлении неприятного запаха, мутности и аномальной цветности. В бытовых очистителях воды коррекция качества питьевой воды достигается в основном с помощью технологии фильтрации, сорбции или комбинирования обоих технологий. Фильтрующие полупроницаемые мембраны (обратноосмотические или ультрафильтрационные) с диаметром пор 0,5 - 100 нм задерживают соли, органические вещества, вирусы, бактерии, коллоиды, частицы механических примесей, обеспечивая таким образом удаление из воды большей части находящихся в ней компонент. Сорбенты поглощают органические вещества, связывают коллоиды и бактерии. Комбинированные сорбционно-фильтрационные очистители воды (например, установка «Нимбус») задерживают 70-95% всех веществ и примесей, содержащихся в воде. Однако сорбционно-фильтрационные устройства для коррекции качества питьевой воды имеют ряд недостатков. Глубокая механическая очистка воды приводит к удалению из нее не только вредных примесей, но и биологически полезных минеральных компонент. Вода после очистителя становится деминерализованной и приближается по свойствам к дистиллированной воде, заведомо непригодной для питья. [145]. Длительное питье деионизованной воды (например, снеговой воды, мягкой воды) ведет к дефициту в организме биомикроэлементов (в том числе ультрамикроэлементов), что сопровождается нарушениями минералкортикоидной функции коры надпочечников, увеличением риска ишемической болезни сердца и артериальной гипертензии, появлением суставных болей, склонностью к артритам и артрозам. Потребление деминерализованной воды вызывает «судорожный синдром» у домашнего скота, а также атеросклероз и нарушения ритма сердца у лабораторных крыс. [146,147,148] Широкое распространение гипертонической болезни среди жителей Санкт-Петербурга связывают с чрезмерно низкой минерализацией местной водопроводной воды. Существует версия о том, что замена обычной воды с содержанием микроорганизмов и крупных органических комплексов в пределах требований ГОСТ полностью стерильной водой способствует ослаблению естественного иммунитета. Поэтому стратегия сверхочистки питьевой воды отнюдь не бесспорна в физиологическом плане. Характерно, что в Японии и в Южной Корее в розничной торговой сети считается «минерализованной» обычная природная бутилированная вода с электропроводностью 205 - 235 мкСмсм1; рН = 6,95 - 7,65; ОВП = 340 - 370 мВ,ХСЭ. Московский образец питьевой воды (Бабушкинский район) имеет, соответственно: электропроводность 266 мкСмсм1; рН = 6,9-7,1; ОВП = 310 - 465 мВ,ХСЭ. Поскольку минерализация московской водопроводной воды 0,2-0,3 г/л, то содержание солей в южнокорейской «минерализованной» воде составляет всего 0,15 - 0,25 г/л. Обычный фон минерализации водопроводной воды в Японии и в Корее порядка 25% относительно московской воды. По-видимому, в связи с этим японские и корейские потребители воспринимают обычную родниковую воду, как обогащенную солями и по этой причине полезную для здоровья, хотя эта родниковая вода является ультрапресной по классификации, принятой в России. Бытовые фильтры или фильтры-адсорберы для очистки питьевой воды задерживают на мембране и в порах сорбентов различные вещества и субстраты в количестве 50 - 200 г на каждые 100 л очищаемой воды. Соответственно, ресурс очистительной установки быстро исчерпывается. Выходные магистрали, по которым вода поступает к потребителю, подвергаются ретроградному инфицированию. Бактерии хорошо размножаются с наружной мембраны на выходе установки и заражают профильтрованную воду, в которой обнаруживаются даже патогенные амебы.[149] При тотальном бактериальном заражении водоочистительной установки она становится дополнительным источником эпидемиологического риска. Регулярная проверка бытовых очистителей воды лабораторным способом в каждом индивидуальном случае экономически невыгодна. Возможность электрохимической очистки и обеззараживания питьевой воды определяется следующими моментами. В процессе электролиза происходит анодное окисление и денатурация органических соединений с превращением гидрофобных токсинов в менее опасные и неустойчивые гидрофильные формы. В частности, на этом основан метод прямой электрохимической детоксикации крови. [16] Находящиеся в воде микроорганизме при электрохимической обработке погибают. Тяжелые металлы переходят в форму нерастворимых соединений или оседают на катоде. Как известно, классический электролиз используется для извлечения из водных растворов металлических элементов. Электролитическая обработка разбавленных водных растворов электропроводностью порядка 105 - 104 Смсм1 проводится с помощью проточной электрохимической системы в виде реактора с насыпными электродами с развитой рабочей поверхностью. [150] Реактор разделен поперечными пористыми перегородками на отдельные секции, заполненные мелким гранулятом (угольным или металлизированным), обладающим хорошей электропроводностью. Объемная подача раствора в установку 0,15 л/мин., плотность тока на поверхности насыпных электродов 1 - 10 мАсм2. При пропускании в указанном реакторе тока через раствор KAu(CN)2 концентрацией 2 мг/л в течение 150 ч (при протекании через реактор 1350 л раствора) удаление золота из раствора осуществлялось на 100%, после чего эффективность обработки раствора постепенно снижалась. В данном случае водная среда очищалась от примеси ионов тяжелого металла (золота). Однако такая установка в качестве очистителя воды малоэффективна, поскольку плотность тока на поверхности насыпных электродов незначительна и общий ресурс установки невелик. (В бытовых условиях подобная система при расходе воды 20 л/дн. проработала бы не более 2 мес.) Созданный в США редокс-фильтр на основе биметаллических элементов KDF-Media [18,75] осуществляет электрохимическую обработку воды током, возникающим за счет разности потенциалов в области биметаллических гранул, содержащих металлические цинк и медь. Вода на выходе редокс-фильтра содержит в виде тонкой взвеси нерастворимые кристаллы карбонатов и сульфатов кальция и магния в результате восстановления солей этих металлов, содержащихся во входной воде. Загрязнения хлором, кобальтом, никелем, мышьяком, асбестом, кадмием, хлороформом, хромом, оловом, сурьмой, ртутью, серебром, тетрахлорэтаном, бактериями и т.д. снижаются на выходе редокс-фильтра на три-четыре десятичным порядка при входных концентрациях 100 - 102 мг/л, и при содержании бактериальных тел на входе 2000 на мл. Механизм удаления ионов тяжелых металлов в редокс-фильтре электрохимический и отчасти каталитический. Растворенные катионы олова восстанавливаются до нерастворимых атомов металлического олова и частично оседают на фильтре. Растворенное железо Fe2+ удаляется каталитически за счет образования нерастворимых гидроксида и оксида железа. Таким образом спектр элементов и веществ, удаляемых из воды редокс-фильтром достаточно широк. С 1984 г. в Японии налажен промышленный выпуск малогабаритной бытовой установки для униполярной электрохимической обработки питьевой воды (фирма Jonica, Co, Ltd). Установка именовалась «ионизатор воды», который имел форму стакана вместимостью 0,5 л. Катод из металлической фольги закреплен на внутренней поверхности стакана. Анод расположен во внутренней емкости из пористого материала, погруженной внутрь стакана. Таким образом японский ионизатор воды состоял из катодной и анодной камер, разделенных полупроницаемой диафрагмой.[17,151] В таком виде установка ничем не отличалась от макетов электрохимических активаторов для получения «живой» и «мертвой» воды, подробно и многократно описанных в советской научно-популярной печати не позже 1981 г. [8]. Согласно японским источникам в 1931 г. доктор Сува заметил, что «качество воды изменяется при обработке электрической энергией и такая вода оказывает влияние на животных и растения». Не оспаривая этого утверждения мы, тем не менее, не исключаем, что наше отечественное увлечение «живой» и «мертвой» водой, как новым видом гидротерапии, существенно повлияло на конструкцию японского бытового электролизера. Японские исследователи рассматривают электрохимическую обработку питьевой воды прежде всего как средство повышения ее биологической активности на основе коррекции рН и минерального состава. По данным японских источников [17] в деревнях, где рН питьевой воды находился в нейтральном или щелочном диапазоне в сочетании с повышенным содержанием кальция, отмечался высокий уровень продолжительности жизни. В тех населенных пунктах, где рН питьевой воды был ниже 6,85 при меньшем содержании кальция, отмечалось достоверное сокращение продолжительности жизни. В семьях, постоянно пивших воду с рН выше 6,1, количество лиц старше 80 лет было в 2 раза больше, чем в семьях, пивших воду с рН ниже 6,1. Старческие болезни наблюдались чаще у контингента, потребляющего кислую воду. Соответственно, японские разработчики старались смоделировать электрохимическим способом те природные показатели воды (увеличение рН и обогащение ионами кальция), которые, по их мнению, способствуют долголетию. Проблема электрохимической очистки воды от загрязнений в данном случае специально не рассматривалась. В рекламе японских бытовых электролизеров основное внимание направлено на описание терапевтического применения католита питьевой воды («ионизированной воды») по самым разнообразным поводам с прекрасными (если тому верить) результатами. Анолит японцы использовали только в качестве дезинфицирующего средства. В табл. 7.1 представлен элементный состав исходного образца японской питьевой воды (рН = 7,4) и католита (рН = 10,5), полученного на ее основе в «ионизаторе воды» фирмы Jonica, Co, Ltd. Таблица 7.1 Элементный состав питьевой воды (японский образец) до и после катодной обработки в «ионизаторе воды»
Из табл. 7.1 видно, что катодная обработка воды с низким фоном минерализации вызывает регрессию общего содержания кадмия, фтора, железа, ртути, свинца, серы и приращение общего содержания кальция, калия и натрия. Следовательно достигается некоторый эффект очищения воды от тяжелых металлов. В табл. 7.2 приведены данные по элементному составу исходной московской водопроводной воды (рН = 7,2) и католита (рН = 10,0), полученного на ее основе в модуле ПЭМ. Из табл. 7.2 следует, что катодная обработка питьевой воды в модуле ПЭМ снижает в ней общее содержание меди (примерно в 3 раза), железа (в 2 раза), серы (в 1,5 раза), цинка (в 1,5 раза). Московская вода свободна от ряда техногенных примесей (кадмий, кобальт, хром, ртуть, свинец, олово), часть из которых (кадмий, ртуть, свинец) обнаружены в японском образце. Содержание кальция в московской воде значительно выше, чем в японском образце, но едва ли продолжительность жизни москвичей превышает аналогичный показатель для населения Токио. Необходимо отметить, что степень уменьшения общего содержания тяжелых металлов в католите, полученном в японском электролизере и в модуле ПЭМ, существенно ниже степени уменьшения концентраций ионов металлов в воде, очищенной американским редокс-фильтром. В то же время катодная обработка ультрапресной воды осуществляет регулируемый сдвиг рН. Таблица 7.2 Элементный состав московской водопроводной воды до и после катодной обработки в модуле ПЭМ
7.2. Электрохимические установки ИЗУМРУД на основе модуля ПЭМ для обеззараживания и очистки питьевой воды. В 1990 г. во ВНИИИМТ ОАО «НПО «Экран» разработаны и серийно выпускаются электрохимические установки ИЗУМРУД. Назначение установок ИЗУМРУД: улучшение качества и дополнительная очистка питьевой воды в бытовых условиях. В отличие от фильтрационных и сорбционных водоочистительных систем, установки ИЗУМРУД очищают воду посредством окислительно-восстановительных реакций в электрохимическом и каталитическом реакторах. В основе установок ИЗУМРУД лежит миниатюрный реактор проточный электрохимический РПЭ на основе модуля ПЭМ с оксиднорутениево-титановыми электродами (см. рис. 1.1) Особенности конструкции ПЭМ обеспечивают ряд условий, гарантирующих интенсивность электрохимической обработки воды минерализацией 0,1-2,0 мг/л, достаточную для эффективного электролитического и электрокаталитического удаления различных загрязнений. Плотность тока на поверхности электродов в установке ИЗУМРУД достигает 220 мАсм2. Каждый микрообъем воды, протекающий в узких кольцевых камерах ПЭМ, соприкасается с поверхностью электрода и подвергается воздействию электрического поля сверхвысокой напряженности (см. разделы 1.2 и 1.3). При этом происходит разупорядочение («разрыхление») структурной сетки водородных связей и разрушение инертных ассоциатов типа (Н2О)n, что облегчает усвоение воды клетками живых организмов, обуславливает ускоренное проникновение обработанной воды через биологические м  б) ембраны и способствует вымыванию из организма биологических шлаков.  а)  в) Рис. 7.1. Принципиальные схемы очистки воды в установках ИЗУМРУД а) – процесс «Изумруд»; б) – процесс «Сапфир»; в – процесс «Кристалл» При анодной обработке вода в течение долей секунды насыщается высокоактивными окислителями. Их суммарная концентрация в зависимости от минерализации и скорости протока ультрапресной или пресной воды через ПЭМ меняется в диапазоне 15 - 150 мг/л. При этом органические вещества, а также микроорганизмы всех видов и форм разрушаются и распадаются на субкомпоненты, практически безопасные в токсикологическом отношении (по аналогии с прямой окислительной детоксикацией токсических метаболитов крови). В анодной камере происходит разрушение таких вредных органических примесей, как фенолов, микробных токсинов и т.д. Высокий окислительный потенциал воды в анодной камере и особые формы соединений активного хлора, образующиеся у анода и участвующие в реакциях окисления, исключают образование ядовитых хлорорганических веществ, в том числе диоксинов. Из анодной камеры вода поступает в вихревую реакционную камеру Е (рис. 7.1), где она подвергается электрокаталитическому и химическому доокислению. Далее вода проходит следующий этап очистки на окислительно-восстановительном катализаторе в реакторе К. В каталитическом реакторе К на поверхности гранул катализатора окислительно-восстановительных реакций происходит разрушение соединений активного хлора, синтезированных в анодной камере, и тех, которые присутствовали в исходной воде. Распад указанных соединений сопровождается образованием новых, высокоактивных короткоживущих частиц (О, О, Cl, ОН), также участвующих в процессах дальнейшего доокисления органических примесей. Из каталитического реактора К в зависимости от типа технологического процесса обработки вода поступает или в катодную камеру ПЭМ (технологический процесс «Изумруд», рис. 7.1 а), или подается непосредственно потребителю (технологический процесс «Сапфир», рис. 7.1 б) или поступает в катодную камеру второго модуля ПЭМ (технологический процесс «Кристалл», рис. 7.1 в). В катодной камере вода подвергается электрокаталитическому восстановлению, приобретает электронодонорные свойства и обогащается высокоактивными восстановителями (ОН, Н3О2, Н2О2, Н2). После обработки в катодной камере по технологическим процессам «Изумруд» или «Кристалл» вода подается потребителю. Классификация установок ИЗУМРУД и некоторые их функциональные особенности в зависимости от технологического процесса обработки воды представлена в табл. 7.3. Сдвиги ОВП воды, обработанной в установках ИЗУМРУД, зависят от знака электрохимического воздействия на воду непосредственно перед выходом ее из установки. Технологический процесс «Изумруд» рассчитан на последовательную обработку одной и той же порции воды у анода, в реакционной камере Е, в каталитическом реакторе К и у катода. При этом общий фон минерализации воды практически не меняется, сохраняются необходимые для организма микроэлементы: кальций и магний. Ионы тяжелых металлов переходят в состав нерастворимых соединений и частично задерживаются на поверхности катода. Конечные и безопасные для организма продукты деградации органических соединений, бактерий и гидробионтов остаются в составе обработанной воды. Таблица 7.3 Классификация и некоторые функциональные особенности установок ИЗУМРУД
Технологический процесс «Сапфир» включает этапы прохождения воды через анодную камеру ПЭМ, через реакционную камеру Е и реактор К. Часть потока воды направляется в катодную камеру, выполняя функцию компенсирующего электролита, избыток которого удаляется на слив. При этом из анодной камеры в катодную через полупроницаемую мембрану осуществляется частичная миграция катионов, что сопровождается некоторой деионизацией воды, выходящей из установки. Благодаря обогащению воды высокоактивными короткоживущими электроноакцепторными частицами она приобретает свойства кислородного коктейля. Последовательность этапов обработки воды по технологическому процессу «Кристалл» так же как и в процессе «Изумруд» включает последовательную обработку воды в анодной камере ПЭМ (первый модуль), в реакционной камере Е, в реакторе К и в катодной камере второго модуля ПЭМ. Часть основного потока воды (дренажная фракция) поступает в катодные камеры первого и второго модулей ПЭМ, что усиливает миграционный масс-перенос катионов из анодных камер ПЭМ в их катодные камеры. Соответственно, степень деионизации воды, выходящей из установки, возрастает. Обогащенная минеральными соединениями и тяжелыми металлами дренажная фракция удаляется на слив. Вода, очищенная по процессам «Изумруд» и «Кристалл», с некоторой степенью условности может рассматриваться как мягкий активированный католит. Аналогичным образом, в процессе «Сапфир» производится анодно активированная вода, практически свободная от активного хлора, но содержащая активный кислород, участвующий в реакциях окислительного гидроксилирования: RH + O ROH. 7.3. Эксплуатационные характеристики установок ИЗУМРУД. Показатели качества электрохимически очищенной воды. Все модификации установок ИЗУМРУД производятся в пластиковых корпусах, имеют производительность 50-70 л/ч. Они подключаются к водопроводному крану и электрической сети напряжением 220/110 В и частотой 50/60 Гц. Расход электроэнергии 1 Втч на литр. В процессе эксплуатации по мере осаждения на катоде нерастворимых минеральных соединений в виде гидроксидов металлов установки регулярно промывают 5% раствором соляной кислоты или 10% раствором уксусной кислоты 3-6 раз в год в обычных условиях. Общий ресурс работы установок при правильной эксплуатации не менее 5 лет. Установки ИЗУМРУД прошли гигиенические испытаний в НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им.А.Н.Сысина РАМН и признана пригодной для использования по назначению. В табл. 7.4 показаны значения рН, ОВП, электропроводности () и параметра Сох московской водопроводной воды, обработанной в установках ИЗУМРУД. Измерения проводились во ВНИИИМТ в декабре 1993 г. Таблица 7.4 Изменения рН и ОВП питьевой воды при обработке в установках ИЗУМРУД
Значения величин сухого остатка и суммарной жесткости образцов воды до и после обработки в установке ИЗУМРУД-К представлены в табл. 7.5. Как видно из таблицы 7.5, электрохимическая обработка воды в установке ИЗУМРУД-К приводит к удалению приблизительно 35-40% компонентов твердого осадка воды, если этот показатель выходит за пределы требований ГОСТ, при этом эффект снижения общей жесткости составляет 45-50%. В случаях, когда показатели твердого осадка и жесткости воды были в пределах требований ГОСТ, уменьшение этих показателей после обработки воды в установке ИЗУМРУД-К было несущественным. Таблица 7.5 Изменения показателей сухого остатка и общего содержания хлоридов в различных образцах воды при обработке в установке ИЗУМРУД-К
Примечание: исследованные образцы воды не обязательно характеризуют особенности воды данного региона; 1 - показатели исходной воды; 2 - показатели после обработки воды в установке. В табл. 7.6 приведены данные об изменениях содержания хлоридов (Сl) и сульфатов (SO42) в различных образцах питьевой воды после обработки в установке ИЗУМРУД-К. По данным независимой экспертизы, проведенной южнокорейской фирмой Sumsung, существенное улучшение качества загрязненной воды при обработке в установке ИЗУМРУД-К достигается по показателям твердого осадка, содержания цианидов, ртути, фенола. Детергенты, инсектициды и пестициды, хлорорганические соединения и остаточный хлор при исходных концентрациях 3-4 ПДК удаляются в установке на 82-100% (Анализ 4.07.95. ID: 7+095+2139196). Из данных табл. 7.5 и 7.6 следует, что эффективность установки ИЗУМРУД-К возрастает по мере увеличения содержания во входной воде компонент твердого осадка, солей жесткости, суммарного содержания хлоридов и сульфатов. Если перечисленные показатели соответствуют требованиям ГОСТ, их изменения при электрохимической обработке в установке ИЗУМРУД-К несущественны. Таблица 7.6 Изменения содержания хлоридов и сульфатов в различных образцах воды при обработке на установке ИЗУМРУД-К
Примечания: исследованные образцы воды не обязательно характеризуют особенности воды данного региона; 1 - показатели исходной воды; 2 - показатели после обработки воды на установке. Испытания установок ИЗУМРУД в различных условиях дали следующие результаты. При минерализации исходной воды около 0,3 г/л степень ее деионизации в установках ИЗУМРУД составила в среднем 7%. При минерализации исходной воды 1,0-2,0 г/л степень ее деионизации в установках 30-40%. Общее содержание кальция не меняется в мягкой воде, в жесткой воде общее содержание кальция в результате обработки снижалось до 90%. Показатели удаления нитратов установками ИЗУМРУД нестабильны и колеблются от 5% до 55% для разных образцов воды. Концентрация нитритов после обработки воды в установках ИЗУМРУД уменьшаются на порядок. Фенол и тетрахлорэтилен удаляются установками на 90% при величинах исходных ПДК до 10. Способность установок ИЗУМУД снижать концентрацию в воде сильных окислителей может быть показана с помощью следующего эксперимента. Выход из анодной камеры установки СТЭЛ подключали ко входу установок ИЗУМРУД-М, ИЗУМРУД-С и ИЗУМРУД-К. На установке СТЭЛ синтезировали АН с показателем Сох = 70 + 6 мг/л. После обработки АН с указанным содержанием сильных окислителей в установках СТЭЛ в установках ИЗУМРУД на выходе из установок ИЗУМРУД показатель Сох уменьшался до 0,7 - 1,0 мг/л. Показатели подвижности размороженных сперматозоидов быка в воде, обработанной в установках ИЗУМРУД, при входных значениях интегрального индекса 80-85% практически не менялись и составляли на выходе 72-89%. В течение 1993-95 г.г. в московской питьевой воде, получаемой непосредственно из-под крана, в ряде случаев отмечалось резкое подавление индекса подвижности размороженных сперматозоидов ( Is10%). В этих случаях обработка воды в установках ИЗУМРУД не обеспечивала коррекции подвижности клеточного тест-объекта. Однако при выстаивании исходной или обработанной воды в течение 6 ч и более, при интенсивном перемешивании воды на магнитной мешалке, при обработке воде на механическом диспергаторе или при облучении ультразвуком показатели подвижности сперматозоидов восстанавливались до нормы. По-видимому, депрессия подвижности клеточного тест-объекта в московской водопроводной воде была связана с присутствием неидентифицированного сильного окислителя в концентрации не более 106 моль/л. Изолированные жгутиковые клетки могут быть чувствительны к подобным значениям Сох , но при разведении в водном секторе организма исходная концентрация сильных окислителей в исходной воде уменьшается на два порядка. - в данном случае до 108 моль/л, что совершенно безопасно в токсикологическом отношении для интегрированных тканевых структур. В лаборатории Беркширской микробиологической службы проведены испытания установки ИЗУМРУД-М с помощью модельных растворов с заданным содержанием химических и микробиологических загрязнителей, результаты испытаний представлены в табл. 7.7. Таблица 7.7 Показатели эффективности очищения модельных растворов в установке ИЗУМРУД-М
Примечание: 1 - показатели на входе в установку; 2 - показатели на выходе установки. Анализ проб модельных растворов, очищенных на установке ИЗУМРУД-М, проделанный Беркширской микробиологической службой, показал, что из 8-ми исследованных металлов (алюминий, медь, железо, ртуть, олово, хром, серебро, цинк), присутствующих в растворах на входе в установку в концентрациях от 100 до 50000 мг/л, все они удаляются установкой на 93-99,9%. Однако испытания установок ИЗУМРУД по показателям удаления из воды различных металлов дают в ряде случаев другие результаты. В качестве примера приводим результаты испытаний установки ИЗУМРУД-М в лаборатории НПА «Севморгеология» (табл. 7.8). Таблица 7.8 Показатели удаления металлов из питьевой воды в установке ИЗУМРУД-М по данным лаборатории НПА «Севморгеология»
Примечание: 1 - показатели исходной воды; 2 -показатели на выходе установки. По данным табл. 7.8 из 11 металлов, содержащихся в исходной воде, в установке ИЗУМРУД произошло удаление только 4 металлов, коэффициент удаления 4-41%. Здесь необходимо отметить, что общий уровень загрязнения воды металлами в данном случае был незначительным, то есть по этим показателям вода была пригодной для питья без дополнительной обработки. Аналогичные результаты получены в некоторых других лабораториях. В процессе испытаний установки ИЗУМРУД-М в НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина РАМН также исследовалась способность установки удалять элементы металлов из питьевой воды и из модельных растворов (табл. 7.9) Таблица 7.9 Удаление металлов из воды и из модельных растворов в установке ИЗУМРУД-М по данным НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина
Примечание: 1 - показатели на входе в установку; 2 - показатели на выходе установки. В ряде лабораторий Москвы, Владимира, Ижевска, Ташкента получены данные об удалении в установках ИЗУМРУД соединений металлов из образцов воды различного происхождения. По данным этих наблюдений коэффициент очистки воды от загрязнений соединениями металлов или их ионами колебался в широких пределах - от 18% до 99,9%. Подобные расхождения результатов дало повод к проведению дополнительной проверки установки ИЗУМРУД-М в лаборатории «Калвер Консалтантс», Окленд, Англия, в июне 1994 г. По данным оклендских испытаний из 5 тестированных металлов (алюминий, медь, олово, железо, серебро), присутствовавших во входной воде в концентрациях от 70 мкг/л (серебро) до 23500 мкг/л (медь), удаляются установкой в среднем на 86 + 10 % алюминий, медь, железо и олово. Серебро, присутствующее в минимальной концентрации, удаляется на 18%. 7.4. Эффективность установок ИЗУМРУД по показателям очистки воды от соединений тяжелых металлов с позиций концепции, принятой в Великобритании и в США. Тяжелые металлы находятся в исходной загрязненной водопроводной воде в виде хорошо диссоциированных солей, по преимуществу хлоридов. В электрохимическом очистительном устройстве типа редокс-фильтра [75] или проточного электрохимического реактора входные соединения металлов восстанавливаются до гидроксидов и оксид-гидроксидов Меn+(OH)n или МеО(ОН)n, где n = 1;2. В ряду соединений металлов малорастворимые гидроксиды и оксиды занимают, соответственно, предпоследнее и последнее место. Ввиду малой известности этих данных приводим ряд токсичности соединений металлов полностью в порядке убывания: нитраты, хлориды, бромиды, ацетаты, йодиды, перхлораты, сульфаты, фосфаты, карбонаты, фториды, гидроксиды, оксиды. [152]. При связывании гидроксидов и оксидов металлов с лигандами белковой природы, которые присутствуют в желудочном соке, гидролиз этих соединений по катиону Меn+ или не происходит или резко замедляется. [153] Соответственно, токсический эффект тяжелых металлов не проявляется. Аналогичным образом соединения металлов, восстановленные действием фармакологических протекторов (антидотов), сорбируют белки или другие соединения, играющие роль естественных энтеросорбентов (например, длинноволокнистые полисахариды), и удаляются в связанном виде из кишечника естественным путем. [154] Тяжелые металлы в составе токсикологически безопасных соединений в значительной мере сохраняются в электрохимически очищенной воде и обнаруживаются при элементном анализе проб очищенной воды, если методика анализа рассчитана на открытие элемента, независимо от того в составе какого соединения он присутствует. Это нередко воспринимается как признак неэффективности электрохимического очищения водных сред. До настоящего времени в практике лабораторных исследований проб питьевой воды в России доминирует методика, основанная на добавлении к тестируемой воде сильных неорганических кислот, что вызывает тотальную диссоциацию всех металлосодержащих комплексов. Соответственно, при этих условиях ионы металлов обнаруживаются в пробах методиками, предусмотренными отечественными ГОСТами. По данным подобных “тотальных” анализов униполярная катодная обработка московской водопроводной воды в элементе ПЭМ приводит к существенному уменьшению общего содержания лишь 3-х металлических элементов (меди, железа, марганца) из 14 идентифицированных (табл. 7.2). По остальным элементам снижение или недостоверно или невыявлено. В установках ИЗУМРУД в образцах обработанной воды достигается снижение общего содержания приблизительно половины всех идентифицированных элементов тяжелых металлов (8 из 18-ти идентифицированных). Оклендская лаборатория воспроизвела тестирование воды, очищенной на установках ИЗУМРУД, с помощью методик, предусмотренных ГОСТ РФ, с добавлением в пробы крепких неорганических кислот. В этом случае максимальный коэффициент элиминации минус 55% был обнаружен только для олова. Коэффициент удаления меди, железа, серебра и алюминия в среднем минус 22 + 10%. Соответствующий протокол сопровождался замечанием: «некорректная методика». Таким образом суть британской (и, по-видимому, в целом западной) концепции оценки риска токсичности питьевой воды по содержанию тяжелых металлов заключается в следующем: тяжелые металлы в воде токсичны по преимуществу в форме ионов; эффективность очистительных установок по параметру удаления тяжелых металлов должна оцениваться по изменениям концентраций ионов соответствующих металлов в нативных пробах воды (без разведения сильными кислотами), а не в оценке ее общего элементного состава. Традиционные средства очистки питьевой воды ионообменными смолами, угольными сорбентами и различными фильтрами оказывают на воду окислительно-восстановительное воздействие. [75] Эффективность угольных фильтров на 1/3 зависит от их редокс-характеристик и на 2/3 сорбционной емкости. [75, 155] Вывод: целесообразен пересмотр отечественных стандартов на методы оценки чистоты воды по показателям содержания тяжелых металлов в направлении внедрения методик по идентификации и измерению ионных форм Меn+. 7.5. Сравнительные оценки эффективности очистки воды установками ИЗУМРУД и бытовыми устройствами фильтрационно-сорбционного типа. Критерии пригодности воды для питья разработаны достаточно подробно и зафиксированы в многочисленных нормативных документах. Однако тип «идеальной» питьевой воды, наиболее пригодной для употребления населением, не установлен. Поэтому общие стратегии очистки и улучшения качества питьевой воды существенно различаются в зависимости от частных представлений разработчиков, придерживающихся той или иной технологической доктрины. Так наиболее совершенная фильтрационно-сорбционная установка для очистки воды типа «Нимбус» (НПО «Альтернатива») рассчитана на задержку 85-95% хлоридов, что эквивалентно деионизации воды на 90%. Для условий Москвы, получающей ультрапресную водопроводную воду с минерализацией около 0,3 г/л ( = 250 - 300 мкСмсм1 ), это означает, что характеристики воды на выходе установки «Нимбус» будут следующими: минерализация около 0,03 г/л; 30 мкСмсм1. Такая вода характерна, в частности, для северных районов Европы и Северной Америки, например, для Карелии. Известно, что краевая патология, связанная с длительным употреблением местным населением деминерализованной воды, с дефицитом биологически активных микро- и ультрамикроэлементов, представляет серьезную проблему. Коррекция такой патологии требует подбора специальной диеты, препаратов, содержащих микроэлементы и диспансерного обслуживания, что связано с определенными экономическими трудностями. Следовательно в регионах, потребляющих ультрапресную воду или воду, приближающуюся по уровню минерализации к дистиллированной, фильтрационно-сорбционные установки для очистки воды создают риск появления синдромов дефицита минерализации. Этот недостаток не проявляется, если минерализация исходной воды не менее 1000 мг/л, что коррелирует с показателем сухого остатка не менее 2000 мг/л. В этом случае минерализация воды, обработанной на фильтрационно-сорбционной установке, порядка 100 мг/л, что приемлемо с физиологических позиций. Однако глубокая фильтрационно-сорбционная очистка воды с минерализацией более 1000 мг/л при коэффициенте задержки солей 90% приведет к тому, что на каждые 100 л очищенной воды в установке будет оставаться не менее 90 г солей и не менее 180 г сухих веществ. Суточный расход очищенной воды семьей для питья и варки пищи составляет 15-20 л, за полгода - около 3000 л. За время полугодовой эксплуатации фильтрационно-сорбционной установки в регионах с повышенной минерализацией питьевой воды в установке накопится не менее 2700 г солей и не мене 5400 г твердых веществ. То есть установка потребует регенерации или смены картриджа через 2-3 мес. работы. В реальных условиях эксплуатации установка «Нимбус» осуществляет деионизацию московской водопроводной воды от исходной минерализации 0,3 г/л ( = 250-300 мкСмсм1) до 0,1 г/л ( = 97 + 5 мкСмсм1), что соответствует коэффициенту задержки хлоридов около 65%. (Измерения электропроводности проводились во ВНИИИМТ на образце воды, очищенной на демонстрационной установке «Нимбус 3»). В этом случае коэффициент пропускания техногенных примесей приблизительно 25-30% от содержания их в исходной воде. Замена сменных фильтров в установке «Нимбус» в московских условиях осуществляется приблизительно раз в полгода. Стоимость установки «Нимбус 3» - 170 $, стоимость комплекта запасных фильтров - 75$, ресурс установки около 4000 л, при производительности 24 л/сут. То есть расчетное время работы установки (по-видимому, до смены картриджа) около полугода. Себестоимость объема воды, очищенной в течение суток, 0,6$. Амортизация установки за год работы эквивалентна приблизительно 200$. При очистке воды с высокой минерализацией суммарные расходе, связанные с приобретением и эксплуатацией установки фильтрационно-сорбционного действия увеличиваются в 2-5 раз. Установки ИЗУМРУД мало влияют на минерализацию воды в диапазоне содержания солей 0,1-0,5 г/л, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям