Гидроксиды и гидроксидоксиды тяжелых металлов могут растворятся в крепких кислотах, в том числе в соляной кислоте. Соляная кислота в норме присутствует в желудочном соке. Но желудочный сок сам по себе или в присутствии перевариваемой пищевой массы представляет собой сложную органическую среду, содержащую белки и полисахариды. Эти соединения играют роль внутренних адсорбентов (энтеросорбентов), которые легко связывают молекулы гидроксидов и гидроксидоксидов. В таком виде гидроксиды и гидроксидоксиды тяжелых металлов защищены от действия соляной кислоты. Поэтому они не растворяются в желудке, а затем выводятся из организма естественным путем. Аналогичным образом наши внутренние сорбенты связывают хлопья солей жесткости, оксидов железа. Эти компоненты практически безвредны для организма. Однако их присутствие в питьевой воде меняет ее вкус и нежелательно по эстетическим соображениям. Избавиться от хлопьев солей жесткости или ржавчины можно только с помощью фильтрации. Электрохимическая обработка в этом случае малоэффективна. При работе с водой, содержащей хлопьевидные взвеси, фильтры тонкой очистки воды быстро забиваются и выходят из строя. Суммарное количество органических соединений в воде после электрохимической очистки уменьшается на 1/3. В загрязненной питьевой воде большую опасность представляют гидрофобные токсины. В результате анодного окисления эти токсины переходят в относительно безвредные гидрофильные формы, которые легко удаляются из организма с физиологическими выделениями.
Таким образом, электрохимическая очистка воды при правильной эксплуатации обеспечивает:
· обеззараживание воды;
· эффективное удаление или инактивацию токсических элементов и соединений;
· удаление избыточных концентраций солей и компонент твердого осадка;
· направленное изменение ОВП и активацию воды при сохранении нейтральных
· кислотно-щелочных характеристик;
· сохранение нормального количества биологически полезных микро- и ультрамикроэлементов.
Ряд элементов и соединений в процессе электрохимической обработки подвергаются трансформации и остаются в воде в измененном виде. Возникает вопрос: представляют ли эти вещества опасность для здоровья потребителя? Ответ на подобный вопрос представляется оптимистическим. Дело в том, что интенсивное окислительно-восстановительное воздействие лежит в основе универсального механизма разрушения различных химических ядов. При этом образуются промежуточные менее токсичные или нетоксичные продукты.
Очистка воды в таких реакторах основана на использовании процессов окисления и восстановления, благодаря которым разрушаются и нейтрализуются все токсические вещества в природе. В таких установках природные процессы естественной окислительно-восстановительной деструкции и нейтрализации токсических веществ ускоряются многократно за счет прямых электрохимических реакций, а также благодаря участию в процессах очистки электрохимически синтезированных из самой очищаемой воды и растворенных в ней солей высокоактивных реагентов: озона, атомарного кислорода, пероксидных соединений, диоксида хлора, короткоживущих свободных радикалов. Это обеспечивает высокую эффективность и экологическую безопасность процесса очистки воды в сравнении с другими известными методами.
3.3 Очистка и обеззараживания воды на основе электрофизической ионизации
В настоящее время ощущается нехватка и уменьшение в будущем запасов чистой воды. Поэтому сохранение и увеличение запасов чистой воды является актуальной задачей. Известны более 2000 способов очистки воды. К очистке воды с помощью процессов, происходящих на атомном уровне, можно отнести химические методы очистки воды. В этих методах очистка воды производится на основе известного расхода используемого вещества и их применения. Поэтому при очистке воды направления использование веществ и уменьшения человеческого труда целесообразны. Этим направлением очистки воды можно отметить предлагаемый нами способ электрофизической ионизации [17,18]. Известно, что энергия ионизации соответствует работу выхода электрона, т. е. энергии необходимой, для того чтобы удалить электрон из молекулы воды на бесконечность. Каждый химический элемент обладает потенциалом ионизации. Поэтому, зная потенциал ионизации химического элемента можно возбудить его атом при подаче соответствующего внешнего напряжения. Эксперименты по очистке воды с использованием электроионизационного (электроактивационного) метода и последующий анализ качества очищенной воды показывают, что бактерицидное действие электрического поля в воде проявляется отчётливо уже при энергии 1,63 эВ, то есть при энергии 2,61 10-19 Дж. При более высоких энергиях электрического поля бактерицидное действие проявляется во всём генерируемом диапазоне электрической энергии. Электрическое поле эффективно разрушает всех бактерий, вирусов и других видов микроорганизмов, присутствующих в природных и сточных водах. Для достижения необходимого обеззараживания воды электрическим полем требуется несколько секунды, тогда как при обработке хлором и озоном тратится от 15 до 30 минут. Эффект обеззараживания воды достигается при малых энергиях электрического поля, но кроме обеззараживания важно добиться электронно-химической трансформации многих загрязняющих веществ. Принцип электроактивационной очистки воды от загрязняющих её примесей состоит в том, что под действием электронов, обладающих достаточной энергией, происходит радиолиз воды по схеме:
H2O + быстрые электроны = H2O+ + e -,
H2O+ + H2O = H3O+ + “.OH”,
где “.OH” - гидроксильный радикал, который является сильнейшим окислителем. Далее:
e - +( H2O)n = e-,
где e- - электрон в сольватной оболочке, который с высокой эффективностью восстанавливает окислы. При прохождении электрического тока через очищаемую воду основным очищающим эффектом является результат воздействия активных агентов, т.е. гидроксильного радикала и электрона в сольватной оболочке, на примеси. В воде, например, могут протекать реакции восстановления и окисления:
Fe3 + e- = Fe2+,
Cu2+ + e- = Cu+,
“OH” + 2Cl = 2OH- + Cl2.
В результате восстановленные металлы выпадают в осадок, а газообразные соединения улетучиваются из воды. Те активные химические реагенты, которые образуются в воде при электроактивации, воздействуют на микроорганизмы и бактерии, уничтожают их, т.е. происходит стерилизация очищаемой воды. Установлено, что при этом не образуются новые токсичные вещества.
Основной элемент электроактиватора - набор плоскопараллельных железных пластин (анодов и катодов). В зависимости от объёма очищаемой воды, может быть один или несколько блоков электроактиваторов. Удельные затраты электроэнергии могут быть снижены за счёт оптимизации размеров электродов и расстояния между ними, а также плотности тока в зависимости от степени загрязнения раствора.
Таким образов в основе метода лежит процесс анодного растворения металлов под действием проходящего через жидкость электрического тока. Перешедшие в воду катионы металла (алюминия, железа и др.) гидролизуются с образованием гидроксидов металлов и служат активными коагулянтами для коллоидно-дисперсных примесей. В результате взаимодействия частиц примесей с частицами электрогенерированного коагулянта образуются агрегаты частиц, которые в зависимости от плотности тока выпадают в осадок или всплывают на поверхность жидкости в виде пены. При электроактивации водных растворов большую роль играет материал анода. Мы разработали и изготовили электроактиваторы с железными и алюминиевыми анодами. Эксперименты показали более высокую эффективность железных электродов. После электроактивационной очистки воды образуются осадки, состоящие из гидроксидов металлов преимущественно железа.
Перед нами стоит задача разработки технологии формирования анодов для их использования в электроактивационных устройствах и выявления влияния различных примесей, добавок на электрические свойства активной массы.
Очистка воды данным способом имеет ряд преимуществ:
· при электрофизической ионизации конструкция установки очистки воды очень простая (состоит из алюминиевых колец) и надежная в работе;
· установка очистки воды небольшого размера, отличается легкостью и удобством перестановки и перемещения;
· процессы очистки воды производятся на наноуровне;
· потребление электроэнергии небольшое;
· необходимую для установки очистки воды электрическую энергию можно вырабатывать на установке электрофизической ионизации жидкого раствора;
· для ионизации 1 литра воды в 1 секунду расходуется алюминиевый электрод с площадью поверхности 1 м2 (считая для одного электрода);