Создание научных основ обеззараживания и очистки воды на основе нанотехнологии

В конце XX в. стало ясно, что коллективные свойства молекул воды обусловлены наличием в жидкости тех или иных дефектов. Исходная посылка таких представлений связывалась не только с газогидратами Полинга, но и с теорией гидратации ионов И. Каблукова (1891 г.), количественную оценку которой выполнили Дебай и Гюккель (1923 г.). Согласно Дебая гидратная оболочка ионов определяется радиусом экраниро

вания . Отсюда макроскопические оценки ионного кластера дают 107 .105 молекул воды, что достаточно для построения коллективного ансамбля молекул.

В 90-е гг. XX в. Дж. Препарата (1995 г.) разработана теория когерентных состояний воды, так называемой "когерентной фазы воды". Именно этот год следует считать отправной точкой исследования коллективных свойств воды. В изучение свойств когерентной фазы воды внесли вклад Д. Анагностасос (1988 г.), Дель-Джиудиче, открывшие сверхпроводимость в воде, И. Бенвенисте и другие, доказавшие наличие волн сверхтекучих электронов в воде организмов [8].

Одной из последних работ в области кооперативного поведения воды является книга, выпущенная авторами под редакцией академика РАМН Ю. Рахманина и академика РАЕН В. Кондратова (2002 г.), в которой модель воды представлена в виде свободной и ассоциированной фазы, представляющей собой структуры полиморфных льдов, стабилизированные зарядами в жидкости [8].

Проблема дальнейшего изучения кооперативного поведения воды сопряжена с исследованием условий внутренней самоорганизации воды и физико-химических свойств ассоциированной воды в объемной воде и изменений состояния ассоциированной воды под воздействием внешних физических факторов, в том числе электромагнитных взаимодействий. В свою очередь, устойчивые состояния ассоциированной воды сопряжены с термодинамикой полиморфных льдов в воде при наличии возмущающих электрофизических факторов. К таким факторам следует отнести не только наличие высоких градиентов электрического потенциала при определенной ориентации молекул воды в ее связанных фазах, но и наличие нескомпенсированных зарядов в форме ион-радикалов. Особый класс взаимодействий в ассоциированной воде обусловлен состояниями зарядов в ассоциатах воды, образующих связанные когерентные макроскопические пакеты электронов, подобных по своей природе классическим электромагнитным вихрям, формируемым сверхтекучими электронами.

Изучение закономерностей взаимодействия ассоциированной воды с факторами внешней среды основывается на анализе процессов изменения внутреннего энергетического состояния сверхтекучих электронов в кластерах воды, электрон-фононных взаимодействий и нелинейных эффектов конденсации электронов, особенно в критических состояниях ассоциатов вблизи температурных точек фазовых неустойчивостей материнской фазы воды (полиморфных льдов), когда закрепленные электромагнитные вихри приобретают свободу для транспорта, а их динамика становится существенно нелинейной [6,9].

Последовательное рассмотрение взаимосвязи структурно-физических и электромагнитных процессов, протекающих с участием когерентных волновых пакетов электронов позволяет подойти к изучению наиболее важных разделов кооперативной динамики воды, с которой связан целый класс нелинейных эффектов и явлений нелокального поведения воды. Очевидно, что основа этих явлений связана с квантовыми свойствами и критическими состояниями сверхтекучих электронов [6-9].

По-существу, изучение квантовых свойств воды переходит в стадию исследования неравновесной динамики электромагнитных вихрей в диэлектрических средах окружающей среды, обладающей избытком энергии, что составляет необходимые условия для проявления когерентных эффектов [9].

Перечислим основные требования к питьевой воде [10,11].

Одна из главных экологических проблем человечества - качество питьевой воды, которая напрямую связана с состоянием здоровья населения, экологической чистотой продуктов питания, с разрешением проблем медицинского и социального характера. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) - 85% всех заболеваний в мире передается водой. Ежегодно 25 миллионов человек умирает от этих заболеваний. В Новых санитарных правилах и нормах (Сан ПиН 2.1.4.559-96) «Питьевая вода» были определены показатели по вирусам, ужесточены требования по наличию пестицидов, а по хлорсодержащим веществам нормы увеличены более чем в три раза. Это объясняется вынужденным выбором для очистки воды одного из двух зол: обеззараживать воду обильным хлорированием и нарушать норму по хлору или смириться с наличием в воде бактерий. При хлорировании природных вод образуются хлорсодержащие токсичные, мутагенные и канцерогенные вещества - тригалометаны. Следует отметить, что в упомянутых выше Санитарных нормах допускается содержание свинца и алюминия соответственно в 3-10 раз больше, чем это предусмотрено в стандартах ВОЗ. При этом необходимо учитывать, что свинец и алюминий относятся к классу высокоопасных веществ.

Свинец откладывается в костях, приводит к изменениям в центральной нервной системе (полиневриты, церебральный артериосклероз), крови (снижение гемоглобина, уменьшение числа эритроцитов), желудочно-кишечном тракте (спастический хронический колит), а также к нарушению обмена веществ, “угнетению” многих ферментов и гормонов. Даже небольшое количество свинца вызывает поражение почек.

Алюминий парализует нервную и иммунную системы, особенно уничтожающе он действует на детский организм, способствует развитию болезни Альцгеймера.

Длительное использование питьевой воды с нарушением гигиенических требований по химическому составу обуславливает развитие различных заболеваний у населения. Неблагоприятное биологическое воздействие избыточного поступления в организм ряда химических веществ проявляется не только в повышении общей или специфической заболеваемости, но и в изменении отдельных показателей здоровья, свидетельствующих о начальных патологических или предпатологических сдвигах в организме.

Повышение концентрации меди в питьевой воде вызывает поражение слизистых оболочек почек и печени; никеля – поражения кожи; цинка – почек; мышьяка – центральной нервной системы.

Исследования ученых из России в девяти городах Сибирского региона показывают, что влияние загрязненной воды на заболеваемость составляет от 7,7 до 41%. Ежегодно возрастает количество эпидемических вспышек острых кишечных инфекционных заболеваний, обусловленных водным фактором передачи инфекции. При этом по данным Госсанэпиднадзора РФ, очень низкое качество питьевой воды в Бурятии, Дагестане, Калмыкии, в Приморском крае, в Архангельской, Калининградской, Томской, Кемеровской, Курганской, Ярославской областях. Исследования, проведенные в Иркутской области, показали, что повышенный уровень заболеваемости язвой желудка и двенадцатиперстной кишки, хроническими гастритами, а также ишемической болезнью связан с повышенным уровнем бикарбонатов в воде. Это явление приводит и к отставанию физического развития детей. Среди 184 исследованных городов России Санкт-Петербург занимает первое место по врожденным аномалиям, болезням обмена веществ, и второе место - по онкологическим заболеваниям. Более половины питерских школьников страдают гастритом. Главная причина – грязная питьевая вода. Не лучше обстоят дела и в столице. Спад промышленности не сделал чище Москва-реку.

 Скачать реферат