24 сентября 2021

Ученые создали новый метод очистки воды: он безопасен для экологии и здоровья человека

Исследователи придумали экологичный способ очищения воды от загрязнений с помощью «холодного кипения». Новая технология уже применяется в России, в планах — тестирование метода на фабрике в Китае.

Проблема всего мира

Безопасная и доступная вода — важный фактор здоровья независимо от того, используется ли она для питья, бытовых нужд, приготовления пищи или рекреационных целей. Ежедневно человечество сливает миллионы тонн неочищенных сточных вод, промышленных и сельскохозяйственных отходов в мировые водные системы. А люди из бедных стран по-прежнему в первую очередь и больше всего страдают от загрязнения, нехватки воды и отсутствия надлежащей санитарии.

На сегодняшний день такая роскошь, как чистая питьевая вода, доступна не всем. Согласноданным Организации Объединенных Наций, проблема с водоснабжением уносит больше жизней, чем все формы насилия в мире, включая войны. В отчете «Болезни и вода» (Sick Water), опубликованном программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП), говорится, что один ребенок в возрасте до пяти лет умирает каждые 20 секунд от болезней, связанных с загрязнением воды.

Чем же опасна грязная вода? Часто этот важный ресурс отравляют промышленные химикаты и фармакологические вещества — и даже в небольшой концентрации они наносят серьезный вред человеку. При этом предварительная обработка такой воды хлором неблагоприятно сказывается на нервной и эндокринной системах, а также очень вредна для экологии. Согласно статистическим данным, причина 18% вспышек заболеваний — недостаточное качество потребляемой воды. В ООН отмечают, что это только зарегистрированные случаи, на деле их гораздо больше.

Ситуация в России

В России проблема питьевой воды стоит остро. По данным Роспотребнадзора, санитарно-эпидемиологическою обстановку в стране нельзя назвать благоприятной. В 2016 году от употребления грязной воды россияне умирали чаще, чем в результате ДТП. 

Количество смертей, связанных с употреблением загрязненной питьевой воды, в 2016 году выросло в три раза и достигло почти 19 тыс. против 6 тыс. в 2015 году. А число новообразований, заболеваний мочеполовой системы, органов пищеварения и кожи увеличилось на 2%, до 1,486 млн. Если бы качество воды в кранах было идеальным, то части из этих болезней и смертей удалось бы избежать, считают в контрольном ведомстве. И ситуация ухудшается из года в год.

На сегодняшний день только 11% сточных вод перед сбросом в реки очищаются до нормативного уровня, 30–40% населения страны регулярно пользуется водой, не соответствующей гигиеническим нормативам.

В некоторых регионах пресная вода загрязнена огромным количеством химических веществ — хлорорганическими соединениями, железом, марганцем, алюминием, кремнием, кадмием, никелем, медью, мышьяком и свинцом. Они могут вызывать различные виды онкологических заболеваний. Например, данные отчета Минприроды прямо указывают на то, что число экозависимых заболеваний в регионерастет. При этом ученые говорят, что за последнее десятилетие вопрос влияния конкретных экологических проблем на рост того или иного заболевания совсем не изучается. Однако уже известно, что загрязнение сточными водами влияет на рост онкологических заболеваний.

Согласноотчету Роспотребнадзора, качественной питьевой водой из систем централизованного водоснабжения в 2020 году было обеспечено меньше людей, чем предусмотрено федеральной программой «Чистая вода» на этот год.

Также экологические проблемы не только ухудшают здоровье и качество жизни людей, но ивлияют на экономическое развитие страны: по данным правительства, «ежегодно экономические потери, обусловленные ухудшением качества окружающей среды и связанными с ним экономическими факторами… составляют 4–6% ВВП».

Решение проблемы

Ученые из Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Китая разработали способ экологичного очищения сточных промышленных вод. В проекте используется кавитатор — прибор, похожий по принципу работы на бытовой блендер с вращающимися лопастями. В процессе обработки воды вокруг лопастей образуются поля высоких давлений и температур, генерируются волны разрежения-сжатия и происходит схлопывание (взрывы) кавитационных пузырьков. Весь процесс называют «холодным кипячением» или микровзбиванием. Как результат — обеззараживание воды, разрушение микробов, бактерий, то есть биологическая очистка. Такой процесс называется кавитационной обработкой.

Когда образуются пузырьки, высвобождаются кислород и перекись водорода, которые работают как мощные окислители. Под их воздействием тяжелые металлы меняют форму и образуют осадок. После того, как вода очистилась, ее убирают из кавитатора, а сам аппарат чистят специальным скребком, чтобы убрать осадок. Теоретически загрязненные воды можно бесконечно очищать и снова потреблять.

Также при такой очистке воды нет выбросов, так что нагрузка на экологию минимальна. Никаких опасных соединений для природы не образуется. Кроме того, реагенты в процессе суперкавитации не применяются, то есть процесс ресурсосберегающий. Вторичная переработка воды снижает нагрузку на реки, озёра и ручьи за счёт того, что из них не берётся жидкость.

Разделение на атомы

Ученые, которые проводили исследование, объясняют, что кислород и водород освобождаются в процессе распада молекулы воды Н₂О, когда пузырьки схлопываются и образуются пустоты с областями высокого и низкого давления. Химическая перекомбинация молекул воды происходит при распаде Н₂О  на атомы водорода и кислорода и последующем их соединении в перекись водорода, активный кислород, озон, водород. Эти вещества и являются активными окислителями. В окислителях есть атомы, чья задача присоединять к себе во время химической реакции электроны. Иными словами, окислитель — это акцептор электронов. Благодаря этому процессу и происходит расщепление загрязнителей в сточных водах.

Новую технологию уже используют в полупромышленных и промышленных условиях, в том числе на малых предприятиях Красноярского края. Она предназначена для промышленности, а не городского водопровода, ведь химическими веществами пресную воду загрязняют именно фабрики и заводы. Воду обрабатывают на выходе. Следующий этап — долгосрочные испытания на текстильной фабрике в китайском городе Харбине.

Если испытания пройдут успешно, то авторы исследования смогут развить технологию повсеместно. Она не только защитит людей от загрязненной сточными водами, но и защитит окружающую среду от химических реагентов.

Автор: Анастасия Никифорова
Фото: https://pixabay.com/
Источник: https://nation-news.ru/610424-sibirskie-uchenye-razrabotali-novyi-ekologichnyi-sposob-ochistki-stochnyh-vod

Далее

«С глаз долой!»: как российские ученые превратили одноразовые маски в экологичный стройматериал

Все
новости