Фильтрация воды — сравнительно молодая практика: ее официальная история насчитывает около 150 лет. Как научный термин, он едва ли не вдвое младше.
Сейчас очистка воды — это рутинный и понятный нам процесс. Технологии позволяют сделать его интуитивно доступным и свести подачу воды к простому касанию крана. Оборудование, напротив, постоянно усложняется: современные умные системы не только очищают воду, но и угадывают желания пользователя. Питьевая система WATWELL — пример интеллектуального оборудования: встроенная система диспетчеризации анализирует данные о потреблении воды и оптимизирует процесс ее подготовки.
До этого водоочистка успела пройти долгий и тернистый путь. Рассмотрим основные вехи ее развития и проследим, как менялись технологии фильтрации в разные времена.
Античность и Средние века: философия, медицина, фильтрация
Самые ранние свидетельства использования устройств для фильтрации воды были обнаружены в Древнем Египте. Об этом говорят рисунки на гробницах, где были изображены очистительные аппараты, которые функционировали по принципу сифона. Появление водоочистных конструкций связано с широким распространением водоснабжения: египтяне первые использовали глиняные, свинцовые и медные трубы, которые доставляли воду как в дворцы вельмож, так и в поселения обычных жителей.
В античности были высказаны первые предположения о практической пользе фильтрации: изобретатель медицины, древний грек Гиппократ одним из первых заметил что «качества воды отличаются друг от друга по вкусу и другим качествам, которые следует тщательно изучать, ибо вода вносит большой вклад в здоровье». Он же рекомендовал кипятить и процеживать дождевую воду через полотняный мешок для того, чтобы избавить ее от неприятного запаха.
В другой великой античной цивилизации, Древнем Риме, опыты по очистке воды были тесно связаны со строительством акведуков: в местах сброса воды начали ставить цистерны для удаления ила. Это был, по сути, первый в истории пример очистки в системе общественного водоснабжения.
В Средние века опыты по фильтрации остановились. Молчание прервал английский философ семнадцатого столетия, сэр Фрэнсис Бэкон. В своих трудах он описал эксперименты последних лет, в которых опыты с водой (среди них были фильтрация, кипячение, дистилляция, аэрация, инфильтрация и осветление) занимали незначительное место. Бэкон попытался исправить ситуацию и занялся опытами по очистке воды с помощью песчаного фильтра. Он не пришел к успеху, но спровоцировал внимание общественности к проблеме.
Соображения о важности очистки воды, озвученные мыслителями, оказали большое влияние на развитие фильтрации. Старинные очистительные устройства не похожи на современные фильтры, однако идея остается прежней: качество потребляемой нами воды влияет на наше здоровье и самочувствие. Это учитывалось создателями WATWELL: после фильтрации питьевая вода сохраняет необходимый баланс витаминов и минералов.
Новое время: не только географические открытия
Во второй половине 17-го века произошли два события, которые сыграли важную роль в истории очистки воды. Первое открытие было сделано голландским изобретателем Антони ван Левенгуком. Его эксперименты с оптикой привели к изобретению микроскопа и открытию крошечных организмов, которых он назвал «анимакулами». Примерно в это же время итальянский врач по имени Люк Антонио Порцио сконструировал первый многоразовый фильтр. Он использовал свое изобретение для обычного отстаивания и процеживания воды, которая затем проходила песчаную фильтрацию. Фильтр содержал два отделения — одно с нисходящим потоком воды, другое с восходящим.
В то время опыты по очистке воды занимали только редких энтузиастов: первый патент на фильтр был выдан в 1745 году французскому изобретателю Жозефу Эми. Он считал, что использование песка и меди в домашних фильтрах вредит здоровью, и в качестве альтернативы предложил применять губки. С середины 18-го до 19-го века водоочисткой активно занимались английские и шотландские ученые. Был разработан ланкаширский фильтр — он был предшественником медленного песчаного фильтра, который наряду с хлорированием стал самым важным изобретением в истории водоочистки. Он использовал принцип медленной фильтрации: вода просачивалась сквозь слои песка и гравия, которые задерживали осадок.
Проектированием фильтра занимался также английский архитектор Джеймс Пикок. Свой первый патент на фильтр он получил через 46 лет после патента на губчатый фильтр Эми. Его изобретение заключалась в использовании восходящего потока воды. Пикок предположил, что под действием силы тяжести часть осадка останется в нижней камере фильтра, не достигнув фильтрующего материала. Остатки будут вытягиваться частицами все меньшего размера. Нововведение архитектора — очистка обратным потоком — стало одним из основных элементов более позднего механического фильтра. Пикок также ввел третье ноу-хау — необходимость градации фильтрующей среды от крупных камней на дне до мелких частиц песка в верхнем слое.
Изобретения Пикока стали определяющими для дальнейшей истории фильтрации: очистка восходящим потоком до сих пор используется во многих современных фильтрах. В работе фильтров WATWELL применяется придуманный Пикоком принцип градации фильтрующей среды: вода проходит четыре ступени фильтрации — от предварительной очистки воды от грязи и ржавчины до удаления микрочастиц размером 10 мкм. Многоступенчатость процесса позволяет очистить воду с максимальной тщательностью, что сказывается на ее составе и вкусовых свойствах.
Индустриальное общество: впереди планеты всей
История фильтрация после Нового времени была тесно связана с развитием городской промышленности. Гигиенические условия в европейских и американских городах были едва ли не хуже, чем в Средневековье: чаще всего канализация представляла собой открытые траншеи, пролегающие в середине улицы — это затрудняло работу предприятий и мешало утилизировать отходы.
Первая фильтровальная установка общественного пользования была разработана в 1804 году Джоном Гиббом для снабжения водой жителей города Пейсли в Англии. Чтобы очистить загрязненную промышленными отходами воду местной реки, Гибб использовал отстаивание, за которым следовала двойная фильтрация. Фильтр Гибба был сконструирован в виде трех концентрических колец. В центре находился резервуар чистой воды, за ним по очереди шли песчаный и гравийный фильтры.
Еще одним фактором, мотивировавшим эксперименты по водоочистке, были бушевавшие в Европе эпидемии тифа и холеры. В первом десятилетии 19-го века инженер Chelsea Water Works Company Джеймс Симпсон пытался улучшить качество канализационной воды в Лондоне, источником которой была загрязненная Темза. В 1827 году Симпсон создал экспериментальный фильтр. Система состояла из двух квадратных отстойников, соединенных с фильтром, который также имел форму квадрата. Со временем изобретение доказало свою эффективность, и компания ввела его в эксплуатацию в городе. Это положительно сказалось на динамике заболевания, которая пошла на спад.
Затем инициативу перехватили Соединенные Штаты Америки. Со второй половины 19-го века началась история современной водной индустрии: фильтрация воды исследовалась в университетах, проектировались очистительные сооружения. В США впервые использовалось химическое коагулирование воды — осветление и обесцвечивание сточной воды с применением химических реактивов. Оно применялось непосредственно перед фильтрацией. После 1885 года число коагулирующих установок на промышленных сооружениях росло.
Медленный песчаный фильтр со временем был заменен на скорый. Он представляет собой барабанный чугунный аппарат, который по форме и конструкции отличался от медленного фильтра. При скорой фильтрации использовалось уже упомянутое нововведение Пикока — среда с градацией по размеру, в которой самый крупный гравий находился на дне. Скорый песчаный фильтр получил широкое распространение и до сих пор используется на промышленных предприятиях, водоканалах и бассейнах.
«Индустриальный» период фильтрации продемонстрировал необходимость массовой очистки воды. До конца века фильтрация, однако, применялась только на заводах и фабриках. Внедрение ее на муниципальном уровне произошло чуть позже — к концу 19-го века в связи с открытием бактериологии.
Война с микробами: фильтрация как необходимость
В 1864 году прорывом стала «теория микробов» Луи Пастера, которая утверждала, что свойством микробов является их способность провоцировать заболевания. Это положение долгое время не одобрялось научным сообществом. В 1882 году молодой немецкий врач по имени Роберт Кох открыл туберкулезную палочку, после чего теорию Пастера все же признали: начался «золотой век» бактериологии. В середине 1880-х годов была открыта бактерия холеры, которая переносилась водой. Параллельно эффективность фильтрации на молекулярном уровне была доказана экспериментами химика Аллена Хейзена.
В системах общественной водоочистки стремительно распространялось хлорирование. Первая крупномасштабная очистка хлором муниципального водоснабжения произошло в штате Нью-Джерси. После этого в США начали появляться хлорсодержащие установки, которые снизили уровень смертности от местной эпидемии тифа. Общественная повестка продвигалась, за ней следовали технологии: повсеместно стали вводиться меры и ограничения, связанные с качеством воды.
С начала двадцатого столетия на развитие технологий стали влиять потребители: для них вкус, запах и цвет питьевой воды были так же важны, как и ее полезные свойства. Одна из главных функций фильтрации сейчас — очистка воды от хлора, известного своими канцерогенными свойствами. Система фильтрации WATWELL также удаляет мутность, пестициды, хлор и его соединения при помощи активированного угля, при этом сохраняя все полезные качества воды.
Двадцатый век: технологии на страже безопасности
Первые два десятилетия 20-го века были отмечены непрерывными исследованиями в сфере фильтрации. В 1924 для улучшения качества воды стали использовать порошкообразный активированный уголь — несмотря на то, что древесный уголь использовался в этих же целях 40 веков. Для дезинфекции воды стали использовать озонирование — технологию очистки, основанную на использовании сильного окислителя озона.
В 70-х годах распространение получила технология обратного осмоса, которая позволила свободно осуществлять фильтрацию в домашних условиях — без дорогостоящих дистилляторов, промышленной химии, опреснителей и электричества. Фильтры стали устанавливать в домах: фильтр обратного осмоса сегодня является одним из наиболее популярных бытовых фильтров.
Очистка воды получила значительный технологический толчок: это позволял прогресс и требовал глобальный политический климат. В 1974 году был принят Закон о безопасной воде (Safe Drinking Water Act), детали которого уточняются до сих пор. На первый план вышли вопросы water sustainbility, или водной устойчивости — сохранности водных ресурсов. В связи с этим технологии фильтрации продолжают усложняться: ученые разрабатывают способы очистки с использованием альтернативных источников энергии. К ним можно отнести солнечное опреснение — многоэтапный процесс опреснения с использованием солнечных дистилляторов. Растет как технологичность, так и уровень требований к качеству воды: повышение качества жизни мотивирует нас заботиться о своих здоровье и самочувствии.
Питьевые системы WATWELL осуществляют тщательную четырехступенчатую фильтрацию. Система очистки не только очищает воду от вредных примесей, но и удерживает в ней полезные вещества — при этом вода остается «живой» и вкусной. Если ресурсы фильтра заканчиваются, кран блокирует подачу воды — система следит за тем, чтобы вы пили только чистую воду.
Использование инноваций позволяет нам быть уверенным в работе нашего оборудования. Будьте уверены и вы: WATWELL позаботится о фильтрации и предложит самые эффективные решения — с уважением к богатой историей водоочистки.
