Применение нанофильтров

Применение нанофильтров на объектах водоснабжения и водоотведения

Чистая вода — качество жизни.
Ситуация с чистой водой в настоящее время не только в России, но и во всем мире критическая.
По данным Роспотребнадзора, только 12 процентов россиян пьют воду, которая соответствует всем санитарным требованиям, а 15 процентов воды прямо вредит здоровью. Некачественная вода — причина многих заболеваний, в 80 процентах случаев опасные эпидемии в России (кишечные инфекции, гепатит А и другие) обусловлены именно низким качеством воды.
Много тайн и загадок хранит самая аномальная субстанция на планете Земля – вода. Но самое удивительное в её структуре заключается в том, что ассоциаты молекул воды при сверхнизких отрицательных температурах и сверхвысоких давлениях внутри углеродных нанотрубок могут кристаллизоваться в форме двойной спирали, напоминающую основы жизни – молекулу ДНК. Это было недавно доказано компьютерными экспериментами американских учёных из университета штата Небраска (США).
На наших глазах фантастика становится реальностью – люди научились перемещать отдельные атомы и складывать из них, как из кубиков, устройства и механизмы необычайно малых размеров и поэтому невидимые обычным глазом. Появилась целая отрасль знаний - НАНОТЕХНОЛОГИИ, впитавшая в себя самые новые достижения физики, химии и биологии. Ученые-нанотехнологи работают с ничтожно малыми объектами, размеры которых измеряются в нанометрах. Нанотехнология не просто количественный, а качественный скачок от работы с веществом к манипуляции отдельными атомами.
В переводе с греческого слово «нано» означает карлик. Один нанометр (нм) – это одна миллиардная часть метра. Размер объектов, с которыми имеют дело нанотехнологи, лежат в диапазоне от 0,1 до 100 нм. Для сравнения: большинство атомов имеют диаметр от 0,1 до 0,2 нм, а толщина человеческого волоса – 80 000 нм.
Существует огромное многообразие фильтров - как бытовых, так и промышленных, - способных в той или иной степени очистить воду, избежав при этом дистилляции.
В мире почти нет воды, которую можно пить неочищенной, ее надо фильтровать - это бесспорно.
Почему же тогда люди придумывают, затрачивая огромные ресурсы, все новые и новые способы очистки воды, все новые и новые фильтры, хотя, казалось бы, уже сейчас на этом рынке «не протолкнуться»? Наверное, потому, что существующие фильтры либо не решают тех или иных проблем водоочистки, либо предлагают недостаточно эффективные решения. Для решения многих проблем очистки воды и канализационных стоков можно использовать нанофильтры.
Основные преимущества использования нанофильтров, в отличие от обычных систем, в том, что воде требуется меньшее давление для прохождения через фильтр, что более эффективно, а также система может легче очищаться путем обратной промывки по сравнению с традиционными методами. По мере эксплуатации  не вымывают из себя накопленную грязь. Вместе с тем нанофильтры имеют меньшие размеры в сравнении с обычными (фильтрами обратного осмоса, фильтрами на основе ионообменных смол, фильтрами с угольной загрузкой и т.д.).
С помощью мембран углеродных нанотрубок можно удалить практически все виды загрязнений, включая замутнение воды, масло, бактерии, вирусы и органические загрязнения. Нанофильтры из алюминия и других материалов удаляют отрицательно заряженные загрязняющие вещества, такие как вирусы, бактерии, также могут быть использованы для удаления отложений, химических стоков, токсичных микроэлементов, таких как мышьяк, вязких жидкостей, таких как нефть и других болезнетворных микроорганизмов.
Кроме того, нанофильтры могут быть очень полезны для заражённых радиацией районов. Косвенно это подтвердила группа американских ученых из Медицинского колледжа Джефферсона, которая показала, что углеродные наношарики-фуллерены обладают свойством связывать возникающие под действием радиации свободные радикалы и, как следствие, они способны защитить нормальные ткани организма от воздействия радиации.
Нанофильтры по себестоимости аналогичны обычным фильтрам.
Срок службы нанофильтров составляет 3 – 5 лет.
Рассмотрим метод обеззараживания воды с помощью наноструктур.
В Стэнфордском университете (США) изготовлена модель фильтра из хлопчатобумажной ткани с добавлением нанопроволок и нанотрубок, предназначенного для обеззараживания воды.
Известные варианты фильтров, которые механически задерживают микроорганизмы, пропускают воду довольно медленно; кроме того, жидкость приходится подавать под напором, а это требует дополнительного оборудования и увеличивает расход электроэнергии. Новая модель, по словам авторов, работает примерно в 80 000 раз быстрее. При этом вода может поступать естественным образом — под действием силы тяжести.
Основой фильтра служит обычная хлопчатобумажная ткань, которую на несколько минут погружают в раствор серебряных нанопроволок (благородного металла на их производство уходит, как уверяют учёные, совсем немного) и углеродных нанотрубок. Диаметр последних доходил до одного нанометра, а их длина измерялась единицами микрометров, тогда как нанопроволоки диаметром 40–100 нм вытягивались до 10 мкм. После такой обработки ткань приобретает отличные токопроводящие свойства.
Обеззараживающий эффект даёт пропускание небольшого тока. Фильтр можно запитать от компактной солнечной батареи или двух 12-вольтовых автомобильных аккумуляторов. В экспериментах с бактериями фильтр толщиной около 6,5 см снижал концентрацию микроорганизмов более чем на 98%.
Методом «наноочистки» как питьевой, так и сточных вод начинают интересоваться все большее число предприятий. Например, установки «наноочистки»  применены:
- для очистки питьевой воды на винодельческом предприятии в Темрюке;
- для очистки питьевой воды в Кемеровской области, в поселке на реке Яя, (обновили водозабор, смонтировав установку по очистке воды на основе нанотехнологий);
- по очистки сточных вод на Западно-Сибирском металлургическом комбинате.
Также аналогичные установки планируется применить:
- для очистки питьевой воды в городе Заречном Пензенской области (планируют начать внедрение новейших технологии с использованием фильтров-мембран из наноматериалов);
- по очистки сточных вод в ОАО «РЖД» (для снижения уровня загрязнения).

Вывод

Внедрение нанофильтров в системах водоснабжения и водоотведения позволит существенно повысить качество питьевой воды, а также очистить сточные воды до уровня нормативов допустимого сброса.

2011