Применение деионизированной (аппирогенной) воды

4. Применение деионизированной (аппирогенной) воды

Общее солесодержание дистиллята находится в пределах 25-30 мг/л и он представляет собой незабуференную систему, обладающую ясно выраженными свойствами растворителя [14]. Причем СО₂ присутствует в дистилляте в агрессивной форме и способен растворять карбонат Са. При этом дистиллят способен растворять и другие нерастворимые окислы и гидроокислы металлов. Количество СаСО₃, способного растворяться в дистилляте, находится в прямой зависимости от содержания в нем СО₂.

Барьерная способность метода термического опреснения воды (деминерализации) в большей степени (в среднем на 1 порядок) проявляется по макрокомпонентам, чем по микрокомпонентам. При неудовлетворительной работе сепарационных устройств заметно повышается капельный унос солей вместе с паровой фазой [15].

Для снижения накипеобразования на поверхностях нагрева можно организовать процесс кипения в дисперсной системе подвижных твердых частиц, которые перемешивают жидкость, переносят тепло, а при ударах о поверхность теплообмена уменьшают образования на ней накипи. Можно использовать частицы стекла, алюмосиликатов и других веществ в форме шариков [16]. Исходная жесткость водопроводной воды колеблется в зависимости от времени года в интервале 3,5-6,0 мг-экв/л.

Обратный осмос (гиперфильтрация) представляет собой процесс разделения фильтрованием через мембраны с порами примерно 10 Å, которые проницаемы для молекул воды, но непроницаемы для гидратированных ионов или молекул недиссоциированных соединений. При ультрафильтрации происходит разделение воды и низко- и высокомолекулярных соединений с помощью мембран с размерами пор от 30-2000 Å. Эти процессы имеют отличие от обычной фильтрации, при которой образуется продукт в виде осадка на фильтре, а при обратном осмосе – два раствора, один из которых обогащен растворенным веществом, причем накопление вещества у поверхности мембраны недопустимо. Рабочее давление при обратноосмотических процессах – 70-80 атм; при ультрафильтрации – 3-10 атм. [17].

Составы для лечения заболеваний кожи на основе деионизированной воды (заявка 267225 Японии, А61К 33/00, 7/00, опубл. 7.03.1990) используют для заживления трещин, предотвращения сухости кожи, образования морщин и лечения кожных заболеваний. При этом воду обрабатывают Н⁺ и ОН^- ионообменными смолами, а затем стерилизуют. При обработке кожи такой водой повышается активность метаболических процессов в клетках кожи.

Способ получения особо чистой воды для фармацевтической практики (заявка 53-149873 Японии, В01D 13/00, опубл. 27.12.1978) предусматривает обессоливание пропусканием через полупроницаемые мембраны, облучением ультрафиолетовыми лучами в присутствии Н₂О₂ (0,1-10 частей/млн), а также Сl₂ или NaOCl для окисления органических веществ, затем обработкой ионообменными смолами, стерилизацией ультрафиолетовыми лучами или ультрафильтрацией.

Способ производства и использования особо чистой воды (пат. 4879041 США, В01D 13/00, опубл. 07.11.1989) заключается в нагревании до кипения исходной сырой воды, получении загрязненного летучими соединениями водяного пара, пропускании его через гидрофобную газопроницаемую, но водонепроницаемую мембрану и конденсацию очищенного пара. Параметры получаемой воды: удельное электрическое сопротивление > 18 МОмсм; содержание взвешенных частиц (размером ~ 1 мкм) - < 160 ч/л; содержание микроорганизмов < 10 кл/л, а органических веществ < 10 мг/л.

В способе и устройстве для активизации воды (заявка 97121624 России, С02F 1/00, опубл. 24.12.1997) сам фильтр применяется как активатор, при многократном перемещении частей объема воды относительно поверхностей пор фильтра, имеющих размеры 510 мкм. Вода, пропущенная через полимерный фильтр начинает благоприятно влиять на живой организм: омолаживает клетки, выводит токсические вещества.

5. Активирование воды искусственной минерализацией

Содержание сульфат-иона (SО₄^2-) лимитируется в питьевой воде не более 500 мг/л, т.к. у человека может проявляться расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта. Повышенное содержание кальция способствует камнеобразованию в почках и мочевом пузыре [18]. Длительное использование для питья вод хлоридно-сульфатного класса с минерализацией до 3 г/л отрицательно влияет на течение беременности и родов, на плод и новорожденного, повышает риск гинекологических заболеваний. Однако неблагоприятно влияют на организм и маломинерализованные воды – с содержанием солей 30÷50 мг/л. Их употребление ухудшает водно-солевой обмен, функции желудка, плохо утоляется жажда.

Железо может содержаться в воде водоисточника или попадать как продукт коррозии трубопроводов, алюминий может попасть в воду из коагулянтов при обработке воды. Обычно токсический эффект действия металлов, содержащихся в воде, развивается постепенно, т.к. повышенные концентрации этих веществ в воде сравнительно малы, чтобы вызвать острое отравление. Например, при длительном употреблении металлсодержащей воды повышенные концентрации металлов могут привести к следующим заболеваниям: кадмий, хром – заболевания почек; медь – желудочно-кишечного тракта; ртути – центральной нервной системы, выделительной и кровеносной системы; цинк – двигательного аппарата (мышц), расстройство деятельности желудка; мышьяк – почек, печени, легких, сердечно-сосудистой системы; селен – кишечник, печень, почек, кровотечения.

Конденсат водяных паров (дистиллят) содержит 5-50 мг/л примесей. При быстром испарении воды с последующей конденсацией паров происходит изменение первичной физической структуры, влияющей на физиологическое поведение тканей. Вода, полученная дистилляционным опреснением, характеризуется неудовлетворительными вкусовыми и жаждоутоляющими свойствами, особенно если вода загрязнена веществами, способными при испарении попадать в конденсат (например, нефтепродукты).

Функциональной реакцией желудка на дистиллят является в 2-3 раза повышенная секреция. В отличие от обычной воды дистиллят действует на слизистую оболочку большого желудка как раздражитель, повышая общее количество желудочного сока, содержание в нем соляной кислоты и основного пищеварительного фермента – пепсина.

На дистилляте происходит отрицательное изменение баланса хлора в организме, т.е. выведение превышает потребление. Данный эффект гиперхлорурии (повышенное выделение хлора почками при относительном увеличении выделения калия, но без изменений выделения натрия) известен в патологии как сигнал неблагополучия в мочевыделительной системе. Ион хлора важен для функции почек: уменьшение его содержания при отсутствии соответствующего снижения натрия может привести к функциональным расстройствам и даже органическим поражениям почек. На дистилляте количество общей и внеклеточной воды снижается, а именно - последняя принимает наибольшее участие в обмене хлора.

Дефицит кремния в воде может явиться одной из причин патологического изменения сосудов, инсульта, инфаркта, дисбактериоза, гепатита, ревматизма и полиартрита. Высокие органолептические свойства питьевых вод в значительной мере зависят от содержания гидрокарбонатных ионов, поэтому гидрокарбонатные воды предпочтительнее в качестве питьевых, чем сульфатные и хлоридные. Наиболее часто для питья используют воду с общим солесодержанием в пределах 200-500 мг/л. Количество солей, поступающих в организм человека с питьевой водой, влияет на прохождение водно-солевого обмена, причем о неблагоприятном с физиологически гигиенических позиций воздействии судят при общей минерализации выше 1500 мг/л. Жесткая (более 7 мг-экв/л) вода может служить для организма дополнительным источником кальция, особенно в условиях его пищевого дефицита. Однако повышенная концентрация кальция в воде (100-500 мг/л) способствует нарушению обменных процессов, обуславливает избыточное отложение кальция в скелете, способствует развитию мочекаменной болезни, атеросклероза. Напротив, мягкие воды, даже с оптимальным содержанием фтора, являются неблагоприятными в отношении развития кариеса зубов, чем более жесткие с дефицитом фтора. Существует корреляционная связь между сердечно-сосудистыми заболеваниями и степенью жесткости питьевой воды: чем мягче питьевая вода (< 75 мг/л кальция), тем выше вероятность заболеваний.

В вопросе о физиологической роли солевого состава питьевой воды существует четыре гипотезы: 1) жесткая вода обладает защитными свойствами, связанными с наличием катионов магния и кальция, препятствующих образованию в организме холестерина, препятствующих (магний) накоплению в артериях липоидов, имеет антикоагуляционные свойства, уменьшает вероятность тромбозов; 2) в жесткой воде помимо Са и Mg содержатся другие элементы (литий – улучшает кровообращение в венозных сосудах сердца; ванадий – препятствует образованию холестерина) выполняющие защитные функции; 3) мягкая вода из-за своих коррозионных свойств содержит большее количество металлов, отрицательно сказывающихся на работе сердечно-сосудистой системы (кадмий, медь, свинец, цинк); 4) катионы кальция и магния в жесткой воде благоприятно влияют на деятельность сосудов и сердца, а такие же катионы в мягкой воде этими свойствами уже не обладают.

Существует связь между потреблением мягких, маломинерализованных вод и отрицательными изменениями сердечно-сосудистой системы. Для больных с хронической сердечной недостаточностью, гипертонией, некоторыми заболеваниями почек важным терапевтическим приемом является ограничение потребления натрия в диете [19].

Гидрокарбонатный ион в минеральной воде участвуют в поддержании кислотно-щелочного равновесия в организме. Вода со щелочной реакцией («Нарзан», «Боржоми») нормализует моторную и секреторную функцию желудочно-кишечного тракта, уменьшая диспепсические расстройства, она полезна при заболеваниях органов пищеварения и при воспалительных процессах в мочеполовой системе. При застое желчи в желчном пузыре и при пониженной кислотности желудочного сока полезна вода с содержанием иона Cl^-(«Ессентуки» №4). Вода с кремневой кислотой оказывает болеутоляющий, антитоксический, противовоспалительный эффект.

Геохимия воды влияет на развитие сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонии, стенокардии и, прежде всего, соли жесткости – кальция и магния. Также важна общая минерализация воды, т.е. содержание солей калия, натрия и железа. Наиболее неблагоприятны мягкие воды с высокой минерализацией (т.е. содержание солей Са небольшое, но высокая концентрация других солей, например, вредно влияет на организм избыток NaCl).

Существует множество способов искусственной минерализации воды. Например, способ получения специфически минерализованного водного раствора (пат. 1457968 Англии, А61К 33/00, опубл. 8.12.1976) почти полностью освобожденного от ионов Na, и используемого в терапии сердечно-сосудистой недостаточности, гипертонической болезни, ожирения, заболевания печени и почек, для уменьшения отеков и отложения Са в мочевыводящих путях и в ряде других случаях, основан на предварительном полном удалении из воды минеральных и органических веществ с последующим добавлением к ней строго рассчитанных количеств солей K, Li, Ca, NH₄ и Mg, чтобы содержание этих катионов составляло (в мг/л): 97,5-136,5; 0,02-0,04; 28-38; 18-27 и 0,085-0,12 соответственно, а содержание анионов: карбонатов – 19,5-22,5; лактатов – 97,9-120,15; хлоридов – 39,05-56,8; бикарбонатов – 146,4-183; ацетатов – 0,47-0,56.

В способе обработки воды (заявка 1-18791 Японии, С02F 1/68, опубл. 07.04.1989) исходную воду пропускают сверху вниз через бак обработки со слоем наполнителя на основе карбонатов кальция, магния. Одновременно в воду падают углекислый газ до получения рН = 5,8-8,6. В другом способе получения минеральной воды (заявка 1-18792 Японии, С02F 1/68, опубл. 07.04.1989) питьевую воду пропускают через пористый наполнитель на основе ракушек, подвергнутых в течение нескольких часов обжигу при t = 500 °С, с получением жесткой воды. В способе получения воды, содержащей ионы кальция, используемой при приготовлении пищи (заявка 63-61079 Японии, С02F 1/68, A23L 1/00, 1/16, 2/00), в исходной воде растворяют в количестве, определяемым последующим использованием воды, кальциевый материал, получаемый обжигом при высокой температуре костей животных, и кальциевый материал, получаемый обжигом при высокой температуре пустых раковин. В качестве агента для очистки воды (заявка 2613349 Франции, С02F 1/68, 1/66, опубл. 7.10.1988) используют коралловый песок, полученный из живых скелетных образований коралловых рифов. Погруженный в воду коралловый песок оказывает мощный бактериостатический эффект и одновременно сдвигает рН воды в щелочную область, с получением минеральной воды высокого качества, причем коралловый песок не оказывает вредного действия на организм человека.

В способе улучшения качества питьевой воды путем введения различных химических компонентов (заявка 2-17992 Японии, С02F 1/68, опубл. 22.11.1990) используется шесть видов горных пород (кислые - известняк и гранит, промежуточные породы - андезит и диабаз, щелочные – базальт и перидотит), которые измельчают в порошок. Затем порошкообразную смесь обрабатывают питьевой водой и горячей водой для элюирования из частиц горных пород различных компонентов. Полученный элюат содержит такие элюированные вещества, как кремниевый ангидрид, оксиды железа, оксид алюминия, оксид кальция, оксид калия и натрия, оксид магния и марганца. Этот элюат можно добавлять в кофе, сок, чай и другие напитки.

Освежающий напиток (заявка 1-75094 Японии, С02F 1/68, опубл. 20.03.89) получают подачей воды из контейнера 1 (рис.1.42) через регулировочный кран 2 на слой гумуса, находящейся в воронке 3. Проходя через слой гумуса, вода отбирает содержащиеся в нем органические вещества (аминокислоты, полисахариды, ароматические соединения). Воду, прошедшую через слой гумуса, собирают в контейнере 6, пропуская ее через фильтр 5 с отверстиями 8 мкм. Полученный напиток обладает мягким вкусом и быстро снимает слабость, возникающую после похмелья. Кроме того, гуминовая кислота, выделенная из гумуса, активирует клетки и улучшает общее состояние.

В качестве активного абсорбента и минерализатора воды могут использоваться соединение кварца, например, в способе отчистки воды от органических веществ сорбцией (а. с. 1498712 СССР, С02F 1/28, опубл. 07.08.1989) на полевошпатной породе, используется порода, содержащая 3-19 масс % кварца, причем эффективность очистки – 97-100%. При взаимодействии с кварцем в определенных условиях возможно получение (пат. 49-3920 Японии, С01В 5/00, опубл. 29.01.1974) «полимерной» воды (т.е насыщенной растворенным SiO₂), например, в пространстве ограниченном кривыми поверхностями, образованными при взаимном многоточечном соприкосновении тонких стержней, маленьких шариков и эллипсоидов кварца или тугоплавких стекол, либо при соприкосновении их с пластиной тугоплавких стекол или кварца произвольной поверхности. Для образования полимерной воды удобны шарики и стержни кварца диаметром 30-500 мкм.

Способ десорбционной очистки воды (заявка 96100933/28 России, С02F 1/28, опубл. 16.01.96), включающий фильтрацию через природный адсорбент, например, кремнистую породу смешанного минерального состава, масс. %: опал – кристобаллит – 30-49; цеолит – 7-25; глинистая составляющая – 7-25; обломочно-песчанно-алевритовый материал – остальное, с диаметром пор по бензолу 6,3-9 нм, предельный сорбционный объем которых составляет 0,025-0,045 %.