«Вода! Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь»
Антуан де Сент-Экзюпери
У счастливых обладателей бассейнов очень часто возникает вопрос: «А можно ли совсем обойтись без хлора?» Разумеется, при этом подразумевается вопрос дезинфекции воды. Ответ однозначный – безусловно, можно. Это непременно повлечет за собой непредвиденные «заморочки» и гораздо более интенсивные расходы, но чего только не сделаешь ради собственного успокоения, а иногда и собственной безопасности. Ведь давно известно, что продукты взаимодействия хлора с органическими субстанциями далеко не безопасны. Среди них немало не просто вредных веществ, но и тех, которые способны провоцировать мутацию клеток, веществ, раздражающих кожу, канцерогенных соединений.
Когда речь заходит о бесхлорной обработке воды в бассейнах, мы в первую очередь вспоминаем об активном кислороде. И правда, это один из основных альтернативных хлорному, способов водоподготовки. Но что такое активный кислород? Как он действует? Каким он бывает? Кислород абсолютно необходим для всех организмов, а для жизни человека в особенности. Всего несколько минут без кислорода приводят к необратимому повреждению мозга. Мозг человека, составляющий лишь 2% от массы его тела, потребляет около 20% получаемого организмом кислорода. Человек может прожить без пищи до 40 дней, без воды — не более 5 дней, а без воздуха – всего несколько минут. Значит, роль двух простых субстанций – кислорода и воды в поддержании жизни намного важнее, чем сотен гораздо более сложных молекул, содержащихся в пище – белков, жиров, углеводов, витаминов, и прочих. Конечно, без последних полноценная жизнь также невозможна, но в ее основе лежат все-таки вода и кислород.
Еще древние сравнивали жизнь с пламенем свечи. Свеча горит, если в воздухе достаточно кислорода и если есть чему гореть. Но чтобы пламя возгорелось, обязательно нужна искра. Кислород, не будучи возбужденным, активированным, вступать в реакцию с парами воска не может, а искра превращает кислород из неактивного в активный. Как только возгорается пламя, его энергия, выделяющаяся не только в виде тепла, но и в виде света, активирует все новые молекулы кислорода, и пламя уже не угасает. Если же по каким-то причинам пламя затухает, а горючее вещество продолжает тлеть, дополнительная активация кислорода тем или иным способом позволяет пламени вспыхнуть вновь. В свече достаточно горючего вещества, она стоит на воздухе, в котором достаточно кислорода, но самопроизвольно пары воска вряд ли загорятся. Для этого необходимо каким-то образом активировать кислород вблизи фитиля.
Кислород уникален среди важных для жизнедеятельности молекул. Он содержит два неспаренных электрона на валентных орбиталях. Такие частицы обладают значительно большим запасом энергии, чем молекулы в невозбужденном состоянии, когда все их электроны спарены. О2 может стать активным, только получив немалую порцию энергии. Избыточная энергия О2 (180 ккал/моль) освобождается, когда он восстанавливается до 2-х молекул воды, получив с атомами водорода 4 электрона, полностью уравновешивающих электронные оболочки обоих атомов кислорода. Несмотря на большой избыток энергии, О2 с трудом реагирует с окисляемыми им веществами. Если же кислород тем или иным способом приобретает дополнительный электрон, то последующие он может получить уже легко. На пути одноэлектронного восстановления О2 и образуются промежуточные соединения, названные активными формами кислорода (АФК), благодаря их высокой химической активности. Получив первый электрон, О2 превращается в супероксид-анион радикал O2–. Добавление второго электрона (вместе с двумя протонами) превращает последний в перекись водорода, H2O2. Перекись, не будучи радикалом, а малоустойчивой молекулой, может легко получить третий электрон, превратившись в чрезвычайно активный гидроксил-радикал, HO, который легко отнимает у любой органической молекулы атом водорода, превращаясь в воду.
Может быть, слишком сложно понять все это «на слух»? Тогда, давайте попробуем разобраться подробнее.
В отличие от обычных молекулярных реакций свободные радикалы – частицы с нечетным числом электронов – порождают реакционные цепи, обрывающиеся только при рекомбинации радикалов. Свободные радикалы отличаются от обычных молекул не только высокой химической активностью, но и тем, что порождают цепные реакции. «Отобрав» доступный электрон у оказавшейся рядом молекулы, радикал превращается в молекулу, а донор электрона – в радикал, который может продолжить цепь дальше (рисунок). Действительно, когда в растворах биоорганических соединений развиваются свободно-радикальные реакции, немногочисленные исходные свободные радикалы могут вызывать повреждение громадного числа биомолекул. Именно поэтому АФК традиционно рассматриваются в биохимической литературе как чрезвычайно агрессивные частицы. Не надо пугаться, не для нас с вами, а для микроорганизмов, для одноклеточных, для вирусов, спор, бацилл, и т. пр. Где же мы берем эти самые АФК, которые уничтожат всю органику в воде бассейна?
Во-первых, используем препараты, содержащие активный кислород. Они, как правило, двухкомпонентные. Второй компонент всегда служит альгицидом и активатором. А вот основным действующим веществом в них практически всегда служат перекисные соединения, благодаря которым и запускается цепной механизм образования суперактивных частичек.
Во-вторых, используем системы озонирования воды. Озон, на пути превращения в кислород, также образует свободные супероксид-анион радикалы, запускающие описанные выше процессы. Потому и гордится по-праву своими выдающимися окислительными способностями (см. рис. 1).
И, в-третьих, используем установки ультрафиолетовой обработки воды. Мало того, что ультрафиолетовые лучи губительно действуют на клетки, споры и мицеллы, они еще и провоцируют реакции фотоокисления, так как превращают обычный кислород, растворенный в воде в активные его формы. Другими словами, ультрафиолетовое излучение служит той искоркой, которая зажигает пламя восковой свечи (см. рис. 2).
И, наконец, несколько слов о самом прогрессивном методе UV+O3. В процессе озон/УФ, одном из усовершенствованных процессов окисления (Advanced Oxidation Processes, AOP), явно увеличиваются преимущества применения озона и ультрафиолетового излучения. При облучении воды, содержащей растворённый озон, происходит эффективное возникновение гидроксильных радикалов, и одновременно проходит полное разложение озона. ОН–радикалы – это частицы, отличающиеся экстремально кратким сроком жизни, в порядке микросекунд, но, в то же время, они относятся к сильнейшим известным окислителям.
Благодаря их влиянию проходит процесс высокоэффективной дезинфекции и окисления веществ, присутствующих в воде. Органический материал окисляется до безвредного углекислого газа, воды и неорганических солей.
