Что такое дистилляция воды
Дистилляция воды
Технология дистилляции известна человечеству с глубокой древности. Первые примитивные попытки описаны еще в работах греческих алхимиков I столетия. Упоминает о ней и знаменитый средневековый ученый Авиценна, который использовал дистилляцию для получения целебных эфирных масел. За последние сотни лет наука сделала впечатляющий прорыв, и сегодня процесс дистилляции воды широко используется в химии и разных отраслях промышленности.
Краткое описание и суть метода
Дистилляция воды – перегонка жидкости, включающая процесс испарения с последующим охлаждением, в результате которого пары конденсируются и выпадают в виде капель. В качестве простого и наглядного примера можно привести закипание чайника, в процессе которого вода превращается в пар и затем вновь оседает в жидком виде на остывшую поверхность. При таком испарении жидкость отделяется от нелетучих твердых веществ (посторонних частиц, солей, микроорганизмов), и это делает дистилляцию воды эффективным способом ее очистки от примесей.
В результате выпаривания получают дистиллированную воду (или так называемый аква-дистиллят), обладающую определенными свойствами. Такая жидкость примерно на 99,5% очищена от примесей, в том числе минеральных солей, микроорганизмов, органических включений. При этом она хорошо растворяет любые вещества, не вступая с ними в реакцию и не влияя на их свойства.
Несмотря на то, что дистиллированная вода фактически пригодна для питья, ее не рекомендуют употреблять на протяжении длительного времени. Учитывая то, что такая жидкость практически стерильна, она не содержит жизненно важных для человеческого организма химических элементов. Кроме того, полностью очищенная питьевая вода обладает не самым приятным вкусом.
Применение технологии дистилляции в промышленных целях
Дистилляция используется как в разных отраслях промышленности, так и в лабораторной практике. Перечислим лишь некоторые производственные и технологические процессы, в которых ее задействуют.
Как уже было сказано выше, такой метод может использоваться также для водоочистки. Несмотря на то, что очистка воды дистилляцией не получила широкого применения (преимущественно по причине достаточно дорогого и трудоемкого процесса), она позволяет эффективно отделять жидкость от большинства взвесей, загрязнений, химических микроэлементов.
Что представляет собой промышленный дистиллятор
Аппарат для промышленного получения дистиллированных жидкостей классическим способом – это установка, в конструкцию которой входят большой перегонный куб для нагрева, а также охлаждающая система. В качестве последней используют емкость определенного объема, наполненную холодной водой, в которую помещается спиральный трубопровод из стекла. Независимо от производительности, такое оборудование обычно имеет достаточно крупные габариты и требует практически непрерывного контроля со стороны обслуживающего оператора.
Распространенные промышленные технологии
Классический метод выпаривания (простой или многократной перегонки) – далеко не единственный. В настоящее время существуют различные способы дистилляции воды.
Заключение
Итак, дистилляция воды – это по-настоящему универсальный процесс, который получил применение в самых разных областях, от лабораторных исследований, производства медикаментов и пищевой продукции до опреснения и нефтепромышленности. Многообразие доступных методов позволяет подобрать оптимальную технологию, в зависимости от поставленных целей и бюджета.
Водоподготовка в фармацевтике и медицине
Методы очистки воды
1. Дистилляция
Дистилляция может использоваться как для получения воды очищенной, так и для получения воды для инъекций. В последнем случае используют специальное оборудование — апирогенные аквадистилляторы (маркировка А).
Суть метода заключается в перегонке питьевой (или обессоленной) воды в аквадистилляторах различного типа и производительности.
В аквадистилляторе любой модели можно выделить 3 узла: испаритель, конденсатор и сборник. Кроме того, все дистилляторы оснащаются датчиками уровня.
Испаритель с исходной водой нагревают до температуры кипения. Пары воды поступают в конденсатор, где они скапливаются. Накопленный жидкий дистиллят поступает в сборник. Все нелетучие загрязнители, имеющиеся в исходной воде, остаются в аквадистилляторе.
По виду нагрева различают аквадистилляторы:
По конструкционным особенностям различают аквадистилляторы периодического и непрерывного действия; с одно- и двухступенчатым испарителем; с водоподготовителем (ДЭВ, АЭВ и др.); с брызгоулавливающим устройством (ДЭ-25; АЭВС и др.) [1].
С точки зрения экономической целесообразности дистилляция является дорогим методом получения очищенной воды. Из 11 литров исходной питьевой воды получают 1 литр очищенной. Поэтому на сегодняшний день актуальны более перспективные и экономичные методы приготовления воды для фармацевтических целей.
2. Ионообменный способ
Ионообменные смолы — сетчатые полимеры различной структуры и степени сшивки, в которых имеются ковалентные связи с ионогенными группами. При диссоциации ионогенных групп в воде или растворе образуется ионная пара. Один ион этой пары фиксирован на полимере, а противоион подвижен в растворе и способен обмениваться на ионы одноименного заряда из раствора.
Ионный обмен происходит на ионообменных установках— конструктивно это колонки, заполненные ионообменными смолами.
Колоночные аппараты для ионного обмена могут быть как с раздельными, так и со смешанными слоями катионов и анионов.
Аппараты с раздельными слоями представляют собой две последовательно расположенные колонки, одна из которых заполнена катионитами, а вторая — анионитами. Аппараты со смешанными слоями представляют собой одну колонку, наполненную смесью ионообменных смол.
Исходная вода подается через колонки снизу вверх, просачивается сначала через слой катионита, затем анионита. Частицы ионообменных смол, попавшие в воду, отфильтровываются.
По форме ионообменные смолы могут быть в виде гранул, волокон, губчатых образований, жгутов или лент. В процессе использования ионообменные смолы перемещаются в сорбционную ванну, в промывочную ванну, в бак регенерации и на отмывку.
Ионообменная технология является классическим и достаточно экономичным методом обессоливания воды. Один килограмм смолы способен очистить не менее 1000 литров воды.
Недостатки метода ионного обмена:
3. Метод обратного осмоса
Мембранные технологии очистки воды в последние годы приобретают все более широкое применение.
Явление осмоса — это переход через полупроницаемую мембрану растворителя из раствора с низкой концентрацией примесей в раствор с более высокой концентрацией. Растворитель словно бы стремится уравнять концентрации солей в обоих растворах.
Обратный осмос идет в направлении, противоположном прямому осмосу. Под действием повышенного давления растворитель переходит через полупроницаемую мембрану из раствора с солями в ту область, где находится чистый растворитель. Движущей силой обратного осмоса является разность давлений.
Метод обратного осмоса первоначально использовался для опреснения соленой морской воды. Как оказалось впоследствии, этим методом можно получать воду высокой степени очистки — обессоленную, очищенную от механических примесей и микробов.
Состав стандартной установки обратного осмоса:
Центральная часть любой обратноосмотической установки – мембрана обратного осмоса. Как правило, мембрана представляет собой спирально свернутые слои из водоподающего слоя, полупроницаемой мембраны и водосборного слоя. Вода под давлением подается с торца цилиндрически свернутой мембраны. Очищенная вода (пермеат) просачивается через полимерную пленку, достигает водосборного слоя, откуда подается в центральную водосборную трубку. Концентрат после очистки скапливается на другой стороне мембраны и отводится в дренаж [2].
Материалом для обратноосмотической мембраны могут служить эфиры целлюлозы — ацетаты или полиэфиры — найлон.
Мембрана с диаметром пор 0,01 мкм полностью освобождает воду от растворимых солей, органических веществ, коллоидов и микробов.
Плюсы метода получения воды очищенной методом обратного осмоса:
Недостатки метода обратного осмоса:
4. Электродиализный метод
При этом методе растворимые соли удаляются из воды под действием электрического поля и с помощью частично проницаемых мембран.
Селективные ионообменные мембраны подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты проницаемы для катионов и имеют отрицательный заряд. Аниониты проницаемы для анионов, их заряд — положительный.
Очищаемая вода помещается в ёмкость, разделенную на три части селективными мембранами. Под действием постоянного электрического тока ионы из раствора начинают притягиваться к мембране, имеющей противоположный заряд.
Ионообменные селективные мембраны не сорбируют ионы, а селективно пропускают их сквозь себя. Извлеченные из воды ионы концентрируются в соседних камерах, а в камере обессоливания остается очищенная вода. Остаточное содержание солей при этом методе водоподготовки составляет 5-20 мг/л.
Дистиллированная вода. «За» и «Против»
Р оль воды в жизни человека, как, впрочем, и всего живого на земле, переоценить крайне сложно. С незапамятных времён люди верили в её мистические способности, наделяя даром «живую» и всячески избегая «мёртвую» воду. Да и сегодня исследователи не перестают удивлять новыми открытиями относительно потрясающих свойств этой природной жидкости. Каждый ребёнок со школьной скамьи усвоил прописные истины о том, что организм на 70% (цифра весьма обобщенная, но всё же недалека от реальности) состоит из воды, и столько же процентов всей площади планеты покрыто этой субстанцией. Так в чём же кроется основная загадка воды, какая роль ей отведена в жизнедеятельности человека? Давайте приоткроем завесу тайны.
Для чего нужна вода? Немного природоведения
Ещё среди наших бабушек бытовала поговорка: «Вода всему госпожа: даже огонь воды боится». И действительно, сложно представить хотя бы один день, проведённый без жидкости. Даже пища не играет столь важной роли в поддержании жизни: без еды физически здоровый человек может обходиться 30-40 дней, а недостаток воды уже на третьи сутки приведёт к определённым процессам, затрагивающим все органы и ткани. Почему так происходит? Ответ лежит на поверхности: функции воды или, как её принято называть в среде химиков, оксида водорода, затрагивают любой процесс, протекающий в организме:
Это лишь основные функции воды в организме – перечислять все причины её важности для поддержания здоровья можно бесконечно. Правда, большую роль играет и качество употребляемой жидкости: едва ли принесёт пользу напиток, начинённый красителями и вредными веществами, которых сейчас в избытке даже в простой бутилированной воде, не говоря уже о её водопроводном собрате. Именно поэтому многие стали задумываться над тем, какую воду лучше употреблять, чтобы очистить организм от пагубных элементов и поддержать его полноценную работу.
Дистиллированная вода: основные особенности
С дистиллированной водой связано много вопросов и слухов, поскольку даже в научных кругах до сих пор не пришли к единому мнению относительно её пользы и потенциального вреда для человека. Это связано с тем, что стереотипы вокруг понятия «дистиллят» укоренились достаточно прочно: едва ли у простого обывателя, привыкшего верить рекламе, чистая вода ассоциируется именно с этим понятием. Тем не менее, именно этим и является жидкость с чисто техническим названием.
Сложный на первый взгляд химический термин «дистиллят» (или «дистиллированная вода») имеет вполне простое и понятное толкование. Так называют воду, прошедшую процесс очистки от посторонних примесей методом дистилляции, или разделения на отличные по составу компоненты. Проще всего этот процесс представить на примере испаряющейся во время кипячения жидкости, которая оседает небольшими каплями на любой твёрдой поверхности – крышке кастрюли, потолке и любом другом предмете, куда попадает пар. Эти капли и являются примером дистиллированной воды.
В такой жидкости полностью отсутствуют какие-либо примеси (как вредные, так и полезные). По сути, это обычный конденсат, чистота которого объясняется разными температурами испарения либо молекулярными массами воды и содержащихся в ней примесей. Для её производства используют специальные установки – аквадистилляторы. Впрочем, для личного пользования такой объём не требуется, поскольку секрет о том, как сделать дистиллированную воду в домашних условиях, давно раскрыт.
В природе существует множество примеров естественной дистилляции. Взять хотя бы дождевую воду: из испарений влаги с поверхности земли образуются облака, которые, постепенно разрастаясь, выпадают обратно на землю проливным дождём дистиллированной воды. Правда, в последние десятилетия туда стали примешиваться азотная и серная кислота – экологические проблемы дают о себе знать, – но суть остаётся прежней. Роса, талый снег и капли влаги на плёнке парников, знакомые каждому дачнику – всё та же дистиллированная вода. Иными словами, всё то, что сначала испарилось, а затем осело в виде жидкости, и есть дистиллят. Поэтому её и относят к самой чистой жидкости, которую можно получить наиболее естественно – смена агрегатных состояний попросту не оставляет возможности примесям сохраниться в её составе.
Сфера использования дистиллированной воды
Зная физические и химические свойства дистиллированной воды, несложно предположить, что её первостепенное использование относится к технической, научной и медицинской сферам. Чаще всего дистиллят применяется в следующих областях:
Кроме того, многие медицинские светила рекомендуют использовать дистиллированную воду для очищения организма от токсинов и шлаков, особенно после сильных пищевых отравлений и интоксикации иного генеза. Правда, перед этим она проходит микроструктуризацию – замораживание и повторное размораживание для изменения структуры химических соединений. Полученная жидкость способствует насыщению клеток органов и тканей питательными веществами, которые поступают извне, а также улучшает восприимчивость к минеральным элементам.
Можно ли пить дистиллированную воду? Две стороны одной медали
Споры о том, можно ли использовать дистиллированную воду для питья и приготовления пищи, не смолкают по сей день. Одни с категоричностью, не терпящей возражений, отстаивают вредность дистиллята для организма, приводя, на первый взгляд, научно обоснованные и логичные доводы, которые при детальном рассмотрении оказываются не такими уж бесспорными. А другие на своём примере доказывают, что пить дистиллированную воду не только можно, но и нужно. Впрочем, не нужно верить ни тем, ни другим на слово: выслушав аргументы обеих сторон, необходимо принять самостоятельное решение, ведь за своё здоровье человек отвечает сам.
Аргументы «Против»
Среди медицинских работников бытует мнение, что дистиллят является так называемой «мёртвой» водой, которая крайне губительна для всего живого. Объясняется такой подход достаточно легко: в ней нет никаких микроэлементов, которые могли бы быть полезны для организма, один лишь чистый Н2О. К тому же, в качестве питьевой её стали использовать лишь после того, как она зарекомендовала себя в фармакологической среде – по сей день весомая доля лекарств разбавляется именно дистиллятом. Бытует мнение, что очищенная вода способна разжижать кровь и вымывать из организма магний, калий и кальций, а значит, разрушать зубы и кости, негативно отражаться на работе сердца и эластичности сосудов. Откуда же берёт начало эта позиция? Давайте разбираться.
Из базового курса биологии доподлинно известно, что с потом человек теряет некоторое количество солей, поэтому, если не восполнять дефицит этих компонентов с помощью калийной, морской или, в крайнем случае, поваренной соли, в организме возникнет дисбаланс, который в жаркую погоду может стать катализатором теплового удара. К тому же, чувство жажды заставляет увеличить количество потребляемой жидкости, а вместе с ней растёт и объём выделяемого пота. Поскольку обычная питьевая вода содержит некоторый процент солей, она способна частично восполнять полученный дефицит, в отличие от дистиллированной. Правда, банальное подсаливание дистиллята способно решить эту проблему в разы эффективнее. А вымывать что-либо из организма ни та, ни другая не могут априори.
Другим аргументом против использования дистиллята для питья является его технический характер. Стереотип о том, что очищенную воду можно поставить в один ряд с антифризом, керосином и другими техническими жидкостями, которые никто не пьёт, в корне не верен: даже наши предки доказали, что можно пить дистиллированную воду без вреда для здоровья. Ведь талая или дождевая вода по сути тоже является дистиллятом? А морской флот, долгие месяцы проводящий в подводных лодках? Разве они берут с собой запасы водопроводной воды? Всё, что им нужно для получения питьевой жидкости – аппарат для дистилляции. И никто не жалуется на здоровье!
Аргументы «За»
Дистиллированная вода является самой чистой на земле жидкостью, которую только можно вообразить. Да, она не содержит минеральных веществ, однако токсинов, шлаков и прочих убийственных для человека компонентов в ней тоже не встретишь. И если нельзя пить дистиллят, что тогда можно?
Так что вопрос о том, можно ли пить дистиллированную воду, стоит отнести к разряду риторических: очищенную от примесей и посторонних компонентов жидкость использовать для питья не только можно, но и нужно. Она помогает растворять и выводить токсины, которые годами копятся в организме представителя современного общества, не оставляя при этом ни малейшего осадка в виде неорганического песка в почках. Кроме того, отсутствие минералов обеспечивает мягкость дистиллята, которая способствует лучшей работе желудочно-кишечного тракта и мочевыделительной системы. Чтобы убедиться в её целебных свойствах наглядно, достаточно вымыть дистиллированной водой волосы – такого блеска и податливости сложно добиться даже умелому парикмахеру.
Что касается специфического вкуса дистиллированной воды, который многим кажется неприятным, это не более чем субъективное заблуждение. Вода, лишённая примесей, вообще не имеет никакого вкуса – те или иные нотки привносили минералы и другие элементы, а, лишившись их, жидкость потеряла какие бы то ни было оттенки вкуса. Поэтому всё, что кажется неприятным при питье дистиллята – не более чем непривычные ощущения от чистоты воды. А приготовив с её помощью блюда, можно, наконец, насладиться истинным вкусом самих продуктов, не замутненным примесями непонятного происхождения.
Как сделать дистиллированную воду в домашних условиях?
Чтобы получить дистиллят для домашнего использования, совсем не обязательно покупать сложные установки или штудировать множество технической литературы, ведь существует немало простых и эффективных способов, которые не потребуют много времени. Поскольку дистилляция происходит при изменении агрегатного состояния воды, достаточно обеспечить ей необходимую разницу температур – и процесс очистки пройдёт успешно.
Стоит отметить, что перед изготовлением домашнего дистиллята следует подготовить воду к очистке. Для этого необходимо всего лишь дать ей отстояться в течение 6-8 часов, после чего аккуратно слить в другую ёмкость верхний слой (примерно 2/3 от общего объёма) либо удалить с помощью трубочки нижнюю треть. Поскольку молекулярная масса примесей выше, чем у оксида водорода, за это время они осядут в нижний слой воды, который впоследствии не используется для дистилляции из-за высокого содержания минералов и других компонентов. Ну а дальше можно действовать на своё усмотрение, нагревая либо охлаждая воду для дальнейшей очистки. Взяв на заметку один из предложенных способов, можно получить столько жидкости, сколько необходимо в ежедневном рационе.
Как получить дистиллированную воду?
Выпаривание
Этот способ основан на длительном кипячении подготовленной воды, которая будет постепенно превращаться в пар. Чтобы продистиллировать воду с помощью высоких температур, следует перелить её в кастрюлю (желательно использовать эмалированные вариации), наполнив примерно до половины. Затем в воду следует поместить подставку-решётку (наподобие той, что используется во фритюрнице), поставив на неё чашку для сбора дистиллированной воды.
Как только жидкость начнёт закипать, следует закрыть кастрюлю, положив крышку выпуклой стороной внутрь, чтобы осевший на ней пар стекал к центру и капал в чашку. А ускорить этот процесс поможет любой холодный предмет (например, пакет со льдом или кружка с ледяной водой), положенный поверх крышки – это увеличит контраст между температурами внутри и снаружи кастрюли, а значит, конденсация будет проходить эффективнее. Для очистки 2-3 литров воды с помощью выпаривания не потребуется много времени, зато в мисочке будет ждать абсолютно чистый дистиллят.
Как дистиллировать воду в домашних условиях с помощью замораживания?
Для очистки воды от посторонних примесей с помощью замораживания, потребуется пластиковая бутылка или банка нужного объёма. Заполнив её подготовленной водой, нужно просто поместить ёмкость в морозильную камеру до частичного замерзания. Когда примерно половина воды заледенеет, необходимо вылить жидкие остатки – именно в них сосредоточена большая часть солей и химикатов. После этого следует растопить лёд при комнатной температуре. Талая вода, полученная таким путём, и будет дистиллятом.
Полученная с помощью замораживания дистиллированная вода в домашних условиях хранится достаточно долго, однако пополнять запасы рекомендуется ежедневно, тем более что времени для этого требуется не так уж много (в основном продолжительность заморозки зависит от объёма тары и мощности морозильной камеры). Особенно удобно очищать таким образом воду в зимнее время, когда столбик термометра опускается ниже нуля. Оставив бутылки на улице или на балконе, можно приготовить дистиллят, не беспокоясь о свободном месте в морозильнике.
Метод для ленивых
Одним из великих чудес матушки-природы является возможность самоочищения. Вода, испарившаяся под воздействием солнечных лучей, собирается в облаках, откуда и выпадает вновь в виде дождя, который уже очистился от вредных примесей после преобразования в парообразное состояние и обратно. Всё, что нужно, чтобы получить дистиллят таким образом – подставить миску под крупные капли кристально чистой воды, падающей с небес во время дождя.
А если на улице лежит снег, можно поместить его в кастрюльку и растопить при комнатной температуре – получится та же дистиллированная вода. Естественно, этот метод актуален при условии, что снег лежал где-нибудь в лесу или хотя бы в деревне, на экологически чистой земле, а не на магистрали шумного и загазованного города. Конечно, запастись впрок большим объёмом жидкости таким образом не получится, но для утоления жажды (а при удачном раскладе и для приготовления пищи) полученной воды будет вполне достаточно.
Заключение
Какую жидкость пить – каждый решает самостоятельно. Можно и дальше употреблять водопроводную воду или пакетированный псевдо-сок, превращая свой организм в свалку токсинов и пестицидов, а можно потратить немного времени, чтобы получить чистую воду, лишённую вредных примесей. Да, её химический состав будет чуточку беднее родниковой воды, правда, она уже и в природе-то практически не существует – человек собственными руками уничтожил этот природный дар, загрязняя землю химикатами. Впрочем, эту небольшую дисгармонию солей сложно ощутить, поскольку она с лихвой восполняется правильным питанием и растительной пищей. Зато очищенная от вредных компонентов жидкость не принесет организму ненужных хворей, сохранит работу органов и систем, поможет очиститься от токсинов и шлаков.
Такие понятия как правильное питание и здоровый образ жизни бессмысленны при отсутствии безопасной и чистой воды. Можно сколько угодно высчитывать баланс микроэлементов в рационе, соблюдать диеты и скрупулезно следить за состоянием здоровья, но если при этом пить воду из-под крана, все будет бессмысленно – организм рано или поздно даст сбой. Беспокоясь о качестве воды сегодня, завтра не придется думать о том, как излечиться от недугов!