Кипячение, овечьи шкуры и королевская награда за очистку воды

В древности люди пили воду из близлежащих водоёмов. Она была абсолютно непригодной, и даже сильный иммунитет жителей не мог перенести чуму, тиф, холеру, полиомиелит, гепатит и прочие болезни, вызванные загрязнением водоёмов сточных вод.

Процесс опреснения воды с помощью кипячения впервые описывал Аристотель: «Испаряясь, солёная воды образует пресную...». Плиний Старший в своей «Естественной истории» рассказывал про древний метод опреснения: мореплаватели вывешивали овечьи шкуры за бортом корабля и оставляли их на ночь. Наутро шкуры были пропитаны влагой, которую отжимали и получали из них пресную воду. В Древней Греции Гиппократ проводил собственные опыты по обеззараживанию воды и предлагал пропускать воду через собственное изобретение — «Гиппократов рукав» — один из первых фильтров для воды, который представлял из себя мешковину, пропускал воду и собирал крупные загрязнения.

В средневековой Европе Леонардо да Винчи писал, что воду можно легко очистить с помощью перегонки и испарения жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров. В 1560 году Себастьян де ля Поллер, член свиты вице-короля Сицилии, спас защитников осажденной турками крепости, перегоняя ежедневно до 35 бочек пресной воды.

Королева Англии, Елизавета, в XVI веке и вовсе назначила награду за самый лучший и самый дешёвый метод очистки воды — 10 000 фунтов стерлингов. Деньги, однако, не получил никто — все методы очистки на тот момент были довольно затратными.

В начале XVII века Фрэнсис Бэкон в сборнике «Естественная история десяти веков» впервые описал научные эксперименты по фильтрации воды. Он полагал, что морская вода, пропущенная через песок, очищается от соли и частиц песка. Гипотеза оказалась неверной, однако породила огромный интерес к этой области исследований. В 1829 году в Лондоне установили первый в мире водопровод для обеззараживания воды с помощью песка. Его создал инженер Джеймс Симпсон. Крупные частицы примесей в воде, задерживаясь в верхнем слое загрузки, уменьшали площадь пор, через которые проходила жидкость, улавливая и мелкие частицы. В результате на поверхности загрузки образовывалась мелкопористая плёнка активного ила, эффекивно очищающая проходящую через неё жидкость от взвешенных веществ и бактериальных загрязнений.

Врач Джон Сноу в 1854 году провёл своё исследование, которое показало — холера во многих городах Америки того времени вызывалась не «плохим воздухом», а плохим качеством воды. В 1855 году Сноу убедил местный совет просто отключить подачу воды в городе и проверить его теорию. Как ни странно, это сработало и эпидемия холеры отступила.

Отсутствие грамотного обеззараживания и халатность в области очистки воды погубила миллионы жизней, в том числе и известных всему миру.

Вечер. На дворе 20 октября 1893 года. Петербург охвачен холерой. Известный музыкальный композитор Пётр Ильич Чайковский решает сходить в элитный ресторан Лейнера (сейчас это «Литературное кафе»). Во время одного из заказов, Чайковский просит официанта срочно принести ему холодной воды. Музыканту приносят стакан воды, некипячённой. Чайковский выпивает его и продолжает наслаждаться блюдами до двух часов ночи. На следующий же день ему становится плохо, а уже через пять дней Пётр Ильич умирает. Врач ставит диагноз — холера.

Как хлор мир спас… или нет?

Одним из самых важных открытий в медицине стало обеззараживание воды хлором, которое начали применять в XIX веке. Это спасало миллионы жизней от эпидемий тифа и холеры во многих странах Европы. В России первое хлорирование воды было проведено в 1910 году химиком-технологом Семёном Дзержговским на кронштадтском водопроводе.

Дело в том, что хлор эффективно убивает опасные бактерии и микроорганизмы, а также хорошо консервирует обеззараженную воду на длительный срок. Сегодня это самый дешёвый способ обеззараживания воды, однако известен он и своим отрицательным воздействием на организм человека. Хлор, вступая в реакции замещения с металлами или солями, может образовывать канцерогенные и мутагенные соединения, которые вызывают мутации клеток, а следовательно — развитие онкологических заболеваний. Интересный факт выявили эпидемиологи из США: они сравнили карты хлорирования воды и распространения рака мочевого пузыря и пришли к выводу, что чем больше в воде хлора, тем больше злокачественных опухолей у потребителей этой воды. Однако без хлорирования воды в дело вступает холера — приходится из двух зол выбирать меньшее.

Лучшие друзья воды — уголь, серебро и медь

Уголь для очистки воды начали использовать очень давно, потому что в его структуре есть микротрещинки, которые захватывают вредоносные вещества, пропуская воду и делая её более свежей. Именно поэтому уголь так часто используют при создании фильтров для воды.

Контакт воды с серебром считается целебным еще с незапамятных времен. Геродот писал, что уже в V веке до нашей эры персидский царь Кир пил воду, которая хранилась в серебряных «священных» сосудах. Индусы обеззараживали воду при помощи погружения в неё раскалённого серебра. В некоторых странах Европы люди бросали серебряные монеты в колодцы, чтобы улучшить её качество.

В 1893 году швейцарский ботаник Карл Негели выяснил, что «дружба» с медью наделила серебро возможностью устранять и блокировать вредные микроорганизмы при контакте с водой.

Пермские учёные на передовой

Учёные из Пермского политехнического университета продвинулись в области обеззараживания воды с помощью серебра и меди. Они распылили частицы металлов на полиэстер, с нанесённым на поверхность углеродом, и продлили противомикробные свойства воды более чем на полгода. Получился антибактериальный сорбент, поглощающий вредные микроорганизмы.

«Клеточная оболочка бактерии «поглощает» ионы серебра и продолжает быть жизнеспособной, но больше не делится. Частицы меди тоже препятствуют размножению микроорганизмов, разрушая клеточную оболочку бактерии и уничтожая её. Уголь производит ровно такой же эффект», — рассказала о работе «фильтра» доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ и кандидат химических наук Елена Фарберова.

Противомикробные свойства изобретения учёные из ПНИПУ проверили на обычных бактериях из загрязнённых вод. Они выяснили, что угольная ткань с серебром и медью оказалась более чувствительна к бактериям кишечной палочки и сохранила это свойство на относительно долгий срок — более шести месяцев.

В будущем этот долгоиграющий сорбент планируют применять для очистки воды от вредных примесей. Современные фильтры для воды в домах, например, нужно менять спустя 1-3 месяца пользования в зависимости от частоты использования и количества человек, потребляющих воду из этого фильтра. С новым изобретением фильтр можно будет менять не раньше, чем через полгода.

Также сорбент будут применять для создания бактерицидных материалов для масок и бинтов, чтобы увеличить сроки их использования. Маски с содержанием серебра могут продлить сроки своего использования — с двух до десяти часов.

Немаловажно и то, что изобретение сведёт к нулю необходимость хлорирования воды, ускорив процесс её обеззараживания без какого-либо вреда для здоровья человека.

Изобретение создано в рамках национального проекта "Наука". Он предусматривает рост и развитие российских научных разработок и создание еще 15 научно-образовательных центров мирового уровня к 2024 году. В реализацию проекта планируют вложить более 625 миллиардов рублей.