Разработка научно-методических основ использования природных минеральных сорбентов (кремней) для улучшения качества питьевой воды, усиле

 

Примечание: 1. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";

2. АУ - фильтр  с активированным углем - контроль;

3. * курсив - различие с контролем достоверно.

Следует отметить, что на практике в распределительных  сетях, а также при заборе воды из природного водного источника, приходится сталкиваться с менее сильным  микробиологическим загрязнением. Установки, предназначенные для обеззараживания  воды в полевых условиях и построенные на принципе ультрафиолетового бактерицидного облучения рассчитаны на коли-индекс не более 5x10³ кл/л /134/.

Поскольку вода, содержащая клетки микроорганизмов  в количестве (1÷3)x10³ кл/мл, характеризуется как очень грязная /37/ (сответствует коли-индексу более 1x10⁶) /134/, можно заключить, что данные повышенные уровни микробиологического загрязнения эффективно удаляются использованными в работе ПМС.

Таблица 15.

Численность микроорганизмов  С.реrfringens (Х±х) в воде до и после  пропускания через фильтры (n = 5)

Численность микроорганизмов, кл/мл
Исходное	Тип фильтра
	Шунгит	Кремень	Глауконит	Фильтр-ЦК	АУ
(1,3±0.1) x x103	0	0	0	0	0
(3,2±0,2)x x103 (3,1±0,2)x x104	0    (0,6±0,01)x x101	0    (1,6+0,1)*x x101	0    (0,8±0,04)x x101	0    (0,7±0,03)x x101	0    (0,7±0,05)x x101

Примечание: 1. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";

2. АУ - фильтр  с активированным углем - контроль;

3. *курсив - различие с контролем достоверно.

В результате проведения микробиологических исследований установлено, что ПМС имеют выраженные сорбционные свойства в отношении бактерий Е.соli, спор В.subtilis и С.реrfringens. Наибольшую эффективность в удалении клеток микроорганизмов из воды проявили шунгит и глауконитовый известняк, не уступая в этом отношении АУ.

3.4. Токсико-гигиеническая оценка воды, прошедшей фильтрацию через фильтры, содержащие ПМС

Определение токсичности  проб воды, содержащей химические токсиканты (фенол, сернокислую медь) до и после  пропускания через фильтры с  ПМС проводили с использованием рачков Daphnia magna и микроводорослей Сhlorella vulgaris.

Данные таблицы 16 показывают, что вода до пропускания  через фильтры с ПМС оказывала  токсическое действие на рачков (процент  гибели дафний в обоих случая превышал 50%). После прохождения воды через фильтры с ПМС токсическое действие на дафний отсутствовало во всех случаях, а процент их гибели практически не отличался от контрольного, кроме варианта с кремнем при концентрации 1,5 мг/л, когда гибель была 11%.

Таблица 16.

Влияние ПМС  на гибель Daphnia magna (% к контролю) в пробах воды, содержащей токсиканты (n = 5)

Содержание токсиканта, мг/л	Исходная вода	Тип фильтра
		Шунгит	Кремень	Глауконит	Фильтр ЦК	АУ
10,0	85,5±5,0	5,0±0,5	4,0±0,2	3,0±0.2	4,0±0,1	5,0±0,2
CuSО4
5,0	59,0±3,0	4,0±0,2	3,0±0,1	3,0±0,2	3,0±0,2	4,0±0.2
1,5	73,0±2.5	3,0±0,2	11,0±0.5	4.0±0,3	3,5±0,1	3,5±0,2
Фенол
0,05	57,0±1,5	2,5±0,1	3.0±0,2	3,0±0,1	4,0±0,2	4,0±0,3

 

 

Примечания: 1. В контроле (вода для культивирования) гибели не отмечалось;

2. Длительность  культивирования Daphnia magna в пробах  воды - 96 часов;

• 3. После пропускания через фильтры рН воды во всех вариантах опыта устанавливали в пределах 7,0 ÷ 7,2. Воду аэрировали в течение 1 часа;

4. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";

5. АУ - фильтр  с активированным углем. Сходные  результаты были получены при  определении токсичности воды  с использованием микроводорослей  хлорелла (табл.17).

Таблица 17.

Значения индекса  токсичности (S_f) проб воды (n = 5) (у. е., Х±х) для Сhlorella vulgaris

Содержание токсиканта, мг/л	Исходная вода	Тип фильтра
		Шунгит	Кремень	Глауконит	Фильтр ЦК	АУ
10,0	95,0±5,0	7,0±0,4	4,5±0,4	5,0±0.5	6,0±0,3	6,5±0,5
СuSO4
5,0	64, 0±3,0	4,5±0,5	3,0±0,3	5,5±0,4	5,0±0,5	7,0±0,4
1,5	75, 0±5.0	3,0±0,2	18,0±1,5	7,0±0,6	4,5±0,2	6,0±0,3
Фенол
0,5	56, 0±3,0	3,5±0,3	9,0±0,6	4,5±0,5	3,5±0.3	5,5±0,5

Примечание: 1. Контролем  служила вода из сосудов, где культивировалась хлорелла;

2. После пропускания через фильтры рН воды во всех вариантах опыта устанавливали в пределах 7,0 ÷ 7,2;

3. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";

4. АУ - фильтр  с активированным углем.

Это исследование показало, что вода до очистки на фильтрах, содержащих ПМС, оказывала  токсическое действие на тест-объекты, причем его выраженность коррелировала  с концентрацией химических веществ  в воде (значения индекса токсичности S_f составили 95 и 64 при содержании меди в воде в концентрации 10 м 5 мг/л соответственно; индекс S_f равнялся 75 и 56 при содержании фенола 1,5 и 0,05 мг/л). В результате проведенной обработки воды значения индекса S_f значительно снизились во всех случаях. Только при исходной концентрации фенола в воде 1,5 мг/л вода, после пропускания через фильтр с кремнем, имела индекс S_f 18 и характеризовалась как "слаботоксичная". Во всех остальных вариантах опыта вода, прошедшая через фильтры, характеризовалась как нетоксичная (S_f <10).

Были определены некоторые показатели качества водопроводной  воды (Московский район г. Санкт-Петербург) до и после фильтрования через фильтр "Царевин ключ", содержащий комплекс из трех изученных в работе ПМС (шунгит, кремень, глауконитовый известняк) Результаты анализов приведены в таблице 18.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что после  пропускания водопроводной воды через фильтр "Царевин ключ" в ее составе произошли существенные изменения. Значительно улучшились ее органолептические показатели, в частности, стали соответствовать нормативам СанПиН запах и вкус воды.

Содержание железа в воде снизилось в 9,5 раз и  стало соответствовать нормативам СанПиН.

Так же отмечено значительное уменьшение содержание в  воде тяжелых металлов и органических загрязнителей. Следует отметить, что хотя концентрации данных токсикантов и не достигают в исследованных пробах водопроводной воды значений ПДК, но их постоянное присутствие оказывает негативное воздействие на организм человека /100/.

В профильтрованной воде повысились рН, содержание кальция, магния, кремния, гидрокарбонатных ионов, а также общая жесткость и сухой остаток. Этот факт следует оценить положительно, поскольку известно, что невская водопроводная вода отличается низким содержанием указанных эссенциальных элементов, повышенной мягкостью и общим низким содержанием солей /ЗЗ/.

Доказано, что  употребление воды с недостаточным  содержанием ионов кальция и  магния приводит к ряду патологий. Так, люди, потребляющие мягкую воду, подвержены гипертонии, ишемии, остеохондрозу, остеопорозу, кариесу зубов, аллергическим заболеваниям /135 ÷ 137/. 

 

 

 

Помимо того необходимо отметить способность кальция  конкурировать с тяжелыми металлами за специфический белок. Следовательно, дефицит кальция может быть фактором, способствующим увеличению всасывания тяжелых металлов (кадмий, ртуть, свинец, алюминий и др.) /137 ÷139/.

Таблица 18.

Показатели качества водопроводной воды до и после  пропуска через фильтр "Царевин  ключ" (Х±х) (n = 5)

Показатели, ед. изм.	В исходной воде	В очищенной воде	ПДК
Запах, балл	3 ± 0**	0*	2
Вкус, балл	3 ± 0**	0*	2
Цветность,°	15 ±1	0*	20
Мутность, ЕМ	1,7 ± 0,1	0*	2,6
рН	6,2 ± 0,2	7,1 ± 0,1*	6 ÷ 9
Кремний, мг/л	< 0,1	1,3 ± 0,2*	нн
Алюминий, мг/л	0,4 ± 0,02	< 0,005*	0,5
Железо, мг/л	0,48 ± 0,05	< 0,05*	0,3
Марганец, мг/л	0,04 ± 0,01	<0,001*	0,1
Медь, мг/л	0,1 ± 0,01	< 0,001*	1,0
Кадмий, мг/л	0,0008 ± 0,0001	< 0,0001*	0,001
Цинк, мг/л	0,18 ± 0,05	< 0,001*	5,0
Свинец, мг/л	0,02 ± 0,001	< 0,001*	0,03
Кальций, мг/л	9,5 ± 0,5	30,0 ± 2,5*	нн
Магний, мг/л	2,1 ± 0,1	4,6 ± 0,2*	нн
Нитраты, мг/л	0,8 ± 0,04	0,4 ± 0,02*	45,0
Нитриты, мг/л	0,01 ± 0,001	< 0,001*	0,3
Гидрокарбонаты, мг/л	0,5 ± 0.02	4,5 ± 0,1*	нн
Хлориды, мг/л	33,0 ± 1,5	19,0 ± 0,5*	350
Сульфаты, мг/л	21,5 ± 0,5	19,5 ± 1,0	500
Фенол, мг/л	0,003 ± 0,0005	< 0,001*	0,001
Бензол, мг/л	0,004 ± 0,0005	< 0,0001*	0,01
Хлороформ, мг/л	0,02 ± 0,005	< 0,0003*	0,02
Толуол, мг/л	0,0007 ± 0,0001	< 0,00002*	0,5
Сухой остаток, мг/л	86,0 ± 0,5	300,5 ± 11,5*	1000
Общая жесткость, мг-экв/л	1,1 ± 0,1	4,2 ± 0,2*	7

 

 

Примечания: 1. * - показатели качества исходной и очищенной воды достоверно различаются;

2. нн - показатель  не нормируется;

3. ** - значение  достоверно выше ПДК. 

 

Известно также, что биодоступность кальция, содержащегося  в воде значительно выше, чем кальция молочных продуктов. Особенно важна роль воды, содержащей кальций в питании людей, страдающих дефицитом пищеварительных ферментов /140, 141/.

Кремний также  является необходимым для живого организма элементом. Он способствует биосинтезу коллагена, образованию и кальцификации костной ткани. Кроме того, кремний участвует в метаболизме фосфора, в липидном обмене и оказывает влияние на содержание в организме кальция. Суточная потребность в кремнии составляет 20÷30 мг/л. При его недостатке могут развиться заболевания лимфатической системы, рахит, злокачественные заболевания /142/.

Указанные элементы поступают в воду во время фильтрации из присутствующих в фильтре "Царевин  ключ" природных минералов. Кремень является источником поступления в воду кремния, а глауконитовый известняк - кальция и магния. Кроме того, кремень и глауконитовый известняк повышают рН до значений, рекомендуемых СанПиН (нейтрализуя кислотную активность шунгита). Таким образом ПМС, представленные в фильтре проводят очистку водопроводной воды и ее кондиционирование (коррекцию солевого состава).

Необходимость бактерицидной обработки воды неизбежно приводит к образованию в ней радикальных и ион-радикальных частиц органической природы /52/. Свободные радикалы оказывают крайне негативное воздействие на организм человека и являются причиной многих болезней, в частности, атеросклероза и сопутствующих ему сердечно-сосудистых заболеваний, диабета, патологий старения и онкологических заболеваний /143, 144/. Регулярное потребление с питьевой водой свободно-радикальных частиц, даже в незначительном количестве, может истощить биохимические механизмы, обеспечивающие защиту организма от свободных радикалов и способствовать развитию разнообразных патологий.

В таблице 19 представлены результаты изучения влияния ПМС на содержание в воде радикальных и ион-радикальных частиц. 

Таблица 19.

Влияние ПМС  на содержание радикальных и ион-радикальных  частиц в воде (n = 3)

Образец воды	Импульс за 3 сек	% снижения излучения	Степень повышения излучения  над излучением бидистиллированной воды
Водопроводная	10000 ± 120	-	526
Бидистилированная	76 ± 3	99,8	-
После фильтра: - с кремнем - с глауконитом - с шунгитом - с фильтром «Царевин Ключ» - с АУ	11000 ± 57 9000 ± 35 250 ± 12    200 ± 15 8000 ± 105	59,5 77,5 99,1    99,5 80,0	181 118 3,3    2,6 105