Якщо ви поставите те саме запитання: «Що таке чиста вода?» хімікові й лікареві, то, напевно, матимете різні відповіді. Хімік скаже: «Чиста вода прозора, безбарвна, нічим не пахне». Лікар додасть до цього: «І не має мікробів». Перший ще може сказати, що чиста вода – це така вода, яка взагалі нічого в собі не містить, крім самої себе...

Але з точки зору хіміка, вода ніколи не буває чистою, бо вона більшою чи меншою мірою розчиняє в собі майже все, з чим стикається. Коли ви п'єте із склянки воду, ви уявляєте, ніби це чиста вода, а насправді ви п'єте дуже розведений розчин скла. Щоб переконатися в цьому, розітріть y ступці на порошок уламки скляного посуду, змочіть цей скляний порошок водою і капніть на нього реактивом – безбарвним розчином фенолфталеїну, і розчин фенолфталеїну набере малинового забарвлення від розчиненого у воді скла.

Така велика розчинювальна сила води!

Звідси висновок: абсолютно хімічно чиста вода може бути лише така, що ні з чим не стикалася від часу своєї появи у природі. Але такої води не існує. 3 якого б природного джерела – річки чи колодязя – її не взяли, лікар-бактеріолог звичайно своїм способом виявить у ній якусь кількість бактерій; хімік, також своїм способом, – певну кількість тих чи інших розчинених речовин.

Питанням, як вода забруднюється, після вищесказаного не варто більше займатися. Але нас, хіміків, передусім цікавлять речовини, у яких немає нічого стороннього, крім них самих. Тому, хоч нас і вабить явище розчинності, тобто забруднення рідин сторонніми речовинами, та все-таки нас насамперед має цікавити зворотний процес: як відбувається звільнення будь-якої природної води від сторонніх домішок або розчинених речовин.

Простежимо шлях послідовного очищення природної води від сторонніх домішок.

Велике місто розташоване на річці. Водопровідна станція накачує забруднену річкову воду, а з численних кранів міського водопроводу вода ллється вже прозорою цівкою. Яка ж дальша доля води?

Тисячі людей, миючись під краном, лишають у ній мило й різний бруд. Брудна вода разом із спрацьованою водою міських пралень, заводів та вбиралень надходить у каналізаційну мережу. Призначення водопровідної мережі – постачати мешканцям міста здорову воду; каналізаційної – відводити забруднену міськими відходами та смертоносними бактеріями брудну воду. Спускати забруднену воду в річку – означало б позбавляти питної води і прирікати на вимирання від тифу та інших пошестей населення міст і селищ, розташованих нижче по течії річки!

Із каналізаційної мережі брудну воду не спускають у річку. Вона надходить на своєрідну водоочищувальну станцію. І ось що роблять з нею на цій станції...

Перш ніж відвідати водоочищувальну станцію, розповімо, де дівали спрацьовану воду до революції. Воду  просто спускали в річку, тому в містах часто спалахували епідемії тифу, холери та інших заразних хвороб. Тільки в минулому столітті після довгої й наполегливої боротьби лікарі домоглися заборони спускати стічні води у ріку. Їх почали відводити по трубах далеко за місто на «поля зрошення». Всмоктуючись у грунт, стічні води давали рослинам поживні речовини, і врожай капусти, картоплі на цих полях значно підвищувався. Разом з тим вода залишала на полях зрошення відходи і сама собою очищалася.

Тільки на початку минулого століття  наші лікарі у співдружності з хіміками та інженерами розпочали пошуки більш досконалого способу очистки стічних вод – організацію водопровідних станцій.

Водоочисні станції мають подвійне призначення: вони очищують воду й перетворюють домішки, що забруднюють її, на корисні продукти. Передусім стічні води потрапляють у машини, які виділяють та подрібнюють тверді відходи – усе, що потрапило в каналізаційні труби. Потім вода з цією подрібненою масою йде в жировловлювачі. Тут жири, що потрапили в стічні труби після миття посуду, рук,  затримуються і після очищення перетворюється на технічний жир, який використовують для змазування привідних пасів. Із жировловлювачів стічна вода йде в закриті басейни, де піддається бродінню. Для цього використовують різні види бактерій.

В одних басейнах під час бродіння стічної води виділяється вуглекислий газ, в інших – горючий газ, метан. Вуглекислий газ у холодильних машинах перетворюється на сухий газ, який використовують у харчовій промисловості для збереження у свіжому вигляді продуктів харчування, а метаном опалюють квартири.

Не викидають навіть мулу, що осідає в бродильних цистернах. Його пресують у брикети, які використовують як чудове добриво на полях і городах.

За двадцять годин мандрівки по цехах водоочисної станції перший ступінь очистки води завершується: вода знову прозора, без запаху, її вже можна пити. Але цю воду не п'ють, а випускають у річку для подальшого очищення, бо ж у ній ще, незважаючи на чудовий зовнішній вигляд, можуть бути хвороботворні бактерії.

Про знищення їх подбають сонце, повітря й водопровідні станції, Останні зобов'язані не тільки постачати населенню обслуговуваного ними пункту прозору воду, без мулу й запаху, а й без хвороботворних бактерій. Перед тим як пустити воду по водопровідних трубах, на станції вдаються до хімії. Є дві речовини, настільки вбивчі для бактерій, що добавка їх до води навіть у незначній кількості знищує всі бактерії в ній, не змінюючи її смаку. У свій час ви ознайомилися з цими речовинами: це хлор і озон.

Вода з водопровідних труб своєю чистотою однаковою мірою задовольняє і масового споживача, і лікаря-бактеріолога. А втім, ліпше все-таки пити переварену воду. Кип'ятіння знешкоджує усі без винятку бактерії, які, можливо, й витримали «хімічну атаку». Проте хіміка й така вода не вдовольняє.

Минуло багато століть, перш ніж було зроблено таке важливе спостереження. Якась старогрецька галера (парусне судно) краяла своїм крутим корпусом теплі води Середземного моря. Очевидно, це було вночі, і в повітрі потягло холодом. На палубі галери була розвішана вовна. Вовна намокла, всмоктавши в себе випари теплішого, ніж повітря, моря.

Моряки її викрутили. І що ж? Віджата з вовни рідина виявилася, чистісінькою і зовсім несолоною водою.

Минуло чимало часу, поки спостереження старогрецьких мореплавців було застосовано на практиці. Неважко здогадатися, що цей прилад – предок добре нам  відомого апарата для очищення води за допомогою перегонки.

Хімік-дослідник постійно потребує перегнаної – дистильованої води. Звичайно він задовольняється одноразово перегнаною водопровідною водою. Але в особливо точних дослідженнях така вода здається йому не зовсім чистою, і він переганяє її знову й знову. В таких випадках він користується холодильниками і приймальними посудинами не із звичайного, а спеціального скла (що має значно меншу розчинність у воді) або навіть із золота та вживає тисячі інших запобіжних заходів.

У природі на дистильовану воду схожа дощова. Крапля дощової води випаровується з поверхні чистого скельця безслідно, в той час як крапля річкової, криничної, джерельної, водопровідної води лишає більш або менш виразну тьмяну пляму – залишки розчинених у ній солей.

Кожна домашня господарка цінує й використовує високу миючу здатність дощової води. Але той, хто пив цю воду, переконався в її приємному смаку. Цей смак пов'язаний тут не з наявністю якихось особливих розчинених речовин, а саме з браком певних речовин, що є у воді іншого походження.

Неприємний смак дистильованої води нас не обдурює – вона справді шкідлива для організму. Давня практика введення дистильованої води у великих кількостях для промивання шлунка спричиняла недуги, нудоти, блювання і навіть катарального стану; ці явища зникали після промивання шлунка слабкими розчинами солі та соди.

Коли в шлунок потрапляє багато дистильованої води, поверхневі шари клітин втрачають солі, їхня протоплазма набрякає, клітини гинуть, і відшаровуються. Таким чином, наш орган смаку сигналом «Неприємно!» застерігає нас у цьому випадку від цілком реальної небезпеки – від можливого «отруєння» чистою водою.

Що вимірюється водою

Хімічно чиста вода має одні й ті самі властивості незалежно від того, коли, де і яким способом її добуто: чи то прямим сполученням водню з киснем, чи перегонкою води з Дніпра або Міссісіпі, або виморожуванням води Льодовитого океану (так іноді добувають прісну воду помори). Добути якщо не абсолютно, то практично чисту воду легше й доступніше, ніж очистити будь-яку іншу природну речовину. 3 огляду на це, фізики зробили чисту воду природним стандартом для цілої низки найважливіших фізичних одиниць:

• yмовний нуль температури за шкалою Цельсія (температура замерзання води при атмосферному тиску);
• одиниця температури – градус (сота доля проміжку між температурами кипіння й замерзання води при атмосферному тиску);
• одиниця ваги – грам – вага 1 кубічного сантиметра чистої води при плюс 4 градусах;
• одиниця кількості теплоти – калорія (кількість теплоти, яка потрібна, щоб підвищити температуру 1 грама чистої води на 1 градус).

Як роблять воду

Приготування питної води – процес складний. Переходячи від одного басейну до іншого, протягом дня мільйони літрів рідини хлоруються, очищаються сульфатом алюмінію, фільтруються через пісок, гравій і подрібнений антрацит, іонообмінні смоли. Величезне господарство станції обладнано автоматичними приладами й пристроями та має єдину систему диспетчерського керування.

Приємного блакитного відтінку, джерельної свіжості та чистоти придає воді спеціальна обробка озоном. За круглим скляним віконцем на бічній стінці озонатора видніється фіолетове сяйво високовольтних електричних розрядів, дуже схоже на вогні неонових реклам. Абсолютно чисте сухе повітря насичується гут озоном, як під час грози. Цей газ – чудовий окислювач. Він виконує потім «обов'язки» хлору: знебарвлює й дезинфікує воду.

В останні часи для покращення якості води, особливо для локального водопостачання і забезпечення питною водою малих та середніх міст, починають використовувати мембранні технології очистки (мікро-, ультра-, нанофільтрування) та опріснення (електродіаліз, зворотний осмос, нанофільтрування, мембранна дистиляція) природних, зокрема, і морських, вод.

Отримати знання з мембранних технологій, водоочистки та методів аналізу питної і природної вод ви зможете на кафедри хімії Національного університету «Києво-Могилянська академія». Приходьте, не пошкодуєте.

Н.Г. Антонюк, кандидат хімічних наук, доцент Національний університет «Києво-Могилянська академія»