CC BY
16
УДК 528.365
Ю. А. Тунакова, Р. И. Файзуллин, В. С. Валиев, Г. Н. Габдрахманова, О. Н. Кузнецова
СОЗДАНИЕ ФИЛЬТРО-МИНЕРАЛИЗАЦИОННОЙ СМЕСИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
И ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛНОЦЕННОСТИ ПИТЬЕВЫХ ВОД,
ДОХОДЯЩИХ ДО ПОТРЕБИТЕЛЯ НА ПРИМЕРЕ Г.КАЗАНИ
Ключевые слова: питьевая вода, анионы, фильтро-минерализационная смесь, безопасность,физиологическая полноценность.
В статье приводится технология создания фильтро-минерализационной смеси для обеспечения безопасности и физиологической полноценности питьевых вод в конечной точке потребления и результаты ее апробации.
Keywords: potable water, anions, zeolite, filter mineralization mixture, safety, physiological usefulness.
The article shows the technology of creating a filter-mineralization mixture to ensure the safety and physiological usefulness of drinking water at the end point of consumption and the results of its approbation.
Использование питьевой воды
неудовлетворительного качества относится к экологическим факторам малой интенсивности, но характеризуется высокой опасностью ввиду систематического потребления. Задача обеспечения населения урбоэкосистем безопасной в химическом плане питьевой водой является одной из первоочередных для реализации мер по обеспечению экологической безопасности населения [1]. В России с целью решения проблемы качества питьевой воды принята Федеральная государственная программа «Чистая вода 20112017» [2]. Безопасная питьевая вода должна не содержать компоненты в установленных нормативными документами диапазонах значений, и иметь определенное соотношение микро - и макроэлементов [3-5], то есть быть физиологически полноценной. В работе [6] нами проводилась оценка физиологической полноценности питьевой воды из системы централизованного водоснабжения г. Казани и отмечено несоответствие по содержанию фторидов в питьевой воде (0,125 мг/л) при норме 0,5-1,5 мг/л, что ниже минимального нормативного значения в 4 раза. Как отмечают исследователи, на территории нашей страны содержание фтора в поверхностных источниках водоснабжения занижено, большинство из них концентрацию меньше 0,5 миллиграммов в одном литре воды [2]. Специалистами установлено, что употребление воды, которая содержит 1 мг соединений фтора в литре, улучшает иммунобиологическую реактивность, а при их содержании ниже уровня 0,5 мг/л приводит к значительному распространению зубного кариеса. Во многих странах мира обязательное фторирование воды производят в сетях централизованного водоснабжения, при этом концентрация фторсодержащих соединений меняется от 0,9 до 1,2 мг/л.
Однако, ряд специалистов возражают против фторирования воды в сетях централизованного водоснабжения, поскольку только около 1 % питьевой воды расходуется человеком непосредственно для приема внутрь. Поэтому более целесообразно проводить фторирование только той воды, которая идет непосредственно дляприема
внутрь - после доочисткибытовыми фильтрами. Среди других причин нецелесообразности фторирования воды в сетях централизованного водоснабжения указывается несовершенство используемого оборудования, в частности, ненадежных автоматических дозаторов
фторсодержащих реагентов [7]. В этой связи разработка фильтро-минерализационных смесей для бытовых фильтров является перспективной для обеспечения безопасности и физиологической полноценности питьевой воды для потребителей.
Нами проведено исследование составов и сравнение результатов испытаний четырех моделей фильтров-минерализаторов, наиболее часто встречающихся на потребительском рынке. Они схожи по своим фильтрующим свойствам и объему резервуаров для воды. Два из них корейского производства - «Keosan» KS-971 и «Coolmart» CM-101 и два отечественных - «Новая Вода» Prima Р-140 и «Водный Доктор» ВД-Оптима (NS) [6]. Все эти фильтры - минерализаторы содержат цеолиты в своем составе. Низкая себестоимость и уникальные свойства природных цеолитов, обусловленные, высокой ионообменной ёмкостью, молекулярно-ситовыми и каталитическими способностями позволяет использоватьприродные цеолиты для селективной доочистки питьевой воды. Для совершенствования их эксплуатационных и функциональных свойств обычно применяют различные физические и химические методы модифицирования. Ионообменная способность природных цеолитов повышается за счет их модифицирования. К наиболее эффективному методу модифицирования относится химическая активация, осуществляемая кислотами, щелочами и другими реагентами. Поэтому в качестве основы создаваемой фильтро-минерализационной смеси нами использовался цеолит, и проводилась его модификация. Важной особенностью структуры цеолитов является система внутрикристаллических пор и полостей, в которых легко происходит окклюзия и высвобождение малых молекул, в результате чего цеолит проявляет способность к адсорбции и десорбции. Роль, которую кристаллическая структура цеолита выполняет при
окклюзии солей, связана, в первую очередь с тем, что цеолит является твердым электролитом, а не просто системой симметрично расположенных упорядоченных пор и полостей [8]. Известно, что при кислотной обработке цеолита происходит вымывание примесей. Одновременно имеет место декатионизация цеолита с существенным понижением содержания ионов металлов.Физико-химические исследования показали, что активация цеолита 2N и 3N соляной кислотой способствует образованию дополнительных активных центров, что, вероятно, повышает его сорбционную способность [9].
На начальном этапе определялись концентрации анионов в исходной водопроводной воде: хлориды-3,266 мг/л, нитраты- 0,409 мг/л, нитриты- 0,06 мг/л, сульфаты - 11,296 мг/л, фосфаты - 0,024 мг/л, фториды отсутствовали. Производилась оценка эффективности очистки от анионов после прохождения через цеолит, а также анализировали содержание фторидов для оценки физиологической полноценности. Модификацию цеолита проводили двумя способами. Этапы модификации разрабатывались на основании изученных исследований [8, 10,11].
1. На начальном этапе цеолит измельчали до размеров 1-3 мм, обрабатывали соляной кислотой в течении 3 часов. После отмывки цеолита дистиллированной водой обработка цеолита осуществлялась 0,1 М раствором кремнефтористого натрия при температуре 60°С в течении в течении 3 часов. Исходную воду пропускали через пластиковый стаканчик, заполненный цеолитом. Дно стаканчика выполнено в виде конуса с отверстием внизу, закрытым стекловолокном. Отбор проб и определение содержание анионов производилось каждые 500 мл (табл.1).
Таблица 1 - Содержание анионов в пробах питьевой воды, пропущенной через цеолит размерами 1-3 мм
№ F- CL- NO3- no2- SO42" PO3-
1 4,204 0,819 0,120 0,013 10,344 0,009
2 1,033 1,846 0,146 0,0 10,007 0,014
3 1,799 2,275 0,175 0,014 10,605 0,013
4 1,998 2,267 0,184 0,032 10,875 0,006
6 0,416 2,114 0,052 - 6,971 0,011
7 0,364 2,586 0,046 - 7,459 -
8 0,193 2,335 0,046 - 6,247 -
9 0,138 2,372 0,030 - 6,261 -
2. На начальном этапе цеолит измельчали до размеров 0,5-1 мм, обрабатывали соляной кислотой в течение 3 часов. После отмывки цеолита дистиллированной водой, декатионирование исходного порошкообразного цеолита типа осуществляли обработкой раствором нитрата аммония 0,5н. концентрации в количестве 20 мл на 1 г цеолита. Обмен натрия на ионы аммония осуществляют при нагревании до температуры 60-70°С и постоянном перемешивании в течение 3 часов. После отмывки цеолита от нитрат-аниона горячей дистиллированной водой его подвергали
сушке вначале при температуре 60°С в течении 5-6 часов. Разложение аммонийной формы цеолита проводится до полного ее разложения при температуре 550°С в течение 3-4 часов. Далее обработка цеолита осуществлялась 0,1 М раствором кремнефтористого натрия при температуре 60°С в течении в течении 3 часов. Исходную воду пропускали через пластиковый стаканчик, заполненный цеолитом. Дно стаканчика выполнено в виде конуса с отверстием внизу, закрытым стекловолокном. Отбор проб и определение содержание анионов производилось каждые 250 мл (табл.2).
Таблица 2 - Содержание анионов в пробах питьевой воды, пропущенного через цеолит размерами 0,5-1 мм
№ F- CL- NO3- NO2- SO42- PO3-
1 2,275 3,485 0,171 0,056 12,868 0,013
2 0,461 2,275 0,167 0,088 7,843 0,012
3 0,480 3,300 0,171 0,096 11,773 0,013
4 0,512 2,295 0,135 0,020 8,624 0,020
6 1,17 2,318 0,053 0,014 8,862 0,010
7 1,256 2,752 0,051 - 9,728 -
8 2,206 3,048 0,039 0,01 8,982 0,007
9 1,303 2,851 0,040 - 8,316 -
Также производился контроль выхода фторид ионов в питьевую воду (за какой период, лучше связать с ресурсом минерализатора в известных фильтрах), для цеолита, приготовленного по первому способу, составляет 11,46 мг/л, для цеолита, приготовленного по второму способу, составляет 23,09 мг/л.
Из данных, приведенных в табл. 1-2, видно, что исходный материал достаточно легко поддается обработке раствором кремнефтористого натрия.Показана эффективность цеолита, не зависимо от степени измельчения.
Литература
1. Онищенко Г.Г. Состояние питьевого водоснабжения в Российской Федерации: проблемы и пути их решения //Гигиена и санитария. - 2007 . - №1. - С. 10-14.
2. Постановление Правительства РФ от 22 декабря 2010 г. N1092 "О федеральной целевой программе "Чистая вода" на 2011 - 2017 годы": ttp://www.garantru/products/ipo/prime/doc/2073798/#ixzz3 ocRsbK5Q (ресурс проверен 30.07.2017).
3. Фетисова С.К. и др.Роль минерального состава питьевой воды в формировании неинфекционной патологии населения // Гигиена и санитария. - 2004. -№1. - С.20-22.
4. Скальный А.В. Биоэлементы в медицине / Скальный А.В., Рудаков И.А. // М.: издательский дом «Оникс 21 век»: Мир. - 2004. - 272 с.
5. Water, Sanitation and Health Protection and the Human Environment World Health Organization. PrintingandBindingServiceWHO // Geneva. - 2005. - 187р.
6. Тунакова Ю.А., Габдрахманова Г.Н., Файзуллин Р.И., Валиев В.С., Кузнецова О.Н.Способ обеспечения населения г. Казани физиологически полноценной питьевой водой //Вестник Казанского технологического университета. - Т.18. - Казань: Изд-во Казанского
государственного технологического университета -2015. - № 18. - C. 237-240.
7. Цхакая Н.Ш., Квашали Н.Ф. Японский опыт по использованию природных цеолитов. Тбилиси: Мецниереба, 1985. 132 е.,
8. Karmen Margeta, Natasa Zabukovec Logar, Mario Siljeg and Anamarija Farkas Natural Zeolites in Water Treatment-How Effective is Their Use// Engineering » Environmental Engineering » "Water Treatment", book edited by Walid Elshorbagy and Rezaul Kabir Chowdhury, ISBN 978-95351-0928-0, Published: January 16, 2013 under CC BY 3.0 license
9. Дж. Рабо Химия цеолитов и катализ на цеолитах// Издательство «Мир», Москва, 1980-Т.1-с.398-400.
10. СултанбаеваГ.Ш., Джунусбекова Г.Б., Чернякова Р.М., Джусипбекова У.Ж. Физико-химические исследования
цеолита, активированного соляной кислотой // Известия Национальной академии наук Республики Казахстан. Серия химическая, 2006 №4, с.68-72 11. RU 2343975 Российская Федерация, МПК В0Ш9/40 (2006.01) Катализатор для пиролиза низкомолекулярных углеводородных фракций // Каратун Ольга Николаевна ^и),
Лаврентьева Татьяна Алексеевна ^и), Горбунов Анатолий Михайлович ^и) // Патентообладатель(и): Федеральное агентство по рыболовству Федеральное государственное
образовательное учреждение высшего
профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ) 2007122533/04, 15.06.2007
© Ю. А. Тунакова - д.х.н., профессор, заведующий кафедрой общей химии и экологии Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева - КАИ, juliaprof@mail.ru; Р. И. Файзуллин - к.м.н., доцент, заместитель директора по научной деятельности Института фундаментальной медицины и биологии ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» РФ; В. С. Валиев - науч. сотр. лаб. биогеохимии Института проблем экологии и недропользования АН РТ, РФ; Г. Н. Габдрахманова - аспирант каф. общей химии и экологии Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева - КАИ, gulnarushka92@mail.ru. О. Н. Кузнецова - кандидат химических наук, доцент кафедры технологии пластических масс КНИТУ.
© Yu. Tunakova - the doctor of chemistry., professor, head of the department of General chemistry and ecology KNITU-KAI, juliaprof@mail.ru; R. Faizullin - the candidate of medical sciences, Associate Professor, Deputy Director for Research of the Institute of Biology and Fundamental Medicine FSAEI VPO "Kazan (Volga) Federal University" of the Russian Federation; V. Valiev -researcher, Laboratory of Biogeochemistry Institute of Ecology and Mineral Sciences of the Republic of Tatarstan, Russian Federation G. Gabdrakhmanova - graduate student of the department of General chemistry and ecology KNITU-KAI, gulnarushka92@mail.ru; O. Kuznethova - is Candidate of Chemistry, the associate professor Tekhnologii of plasts of the Kazan national research technological university.
