О чае, фильтрах и вкусовщине, часть 1
Шалом, хатулим. Недавно мне подкинули забавную “тыжхимическую” задачку: какой фильтр для воды, кувшинный или встроенный, лучше подходит для заваривания чая и почему? На удивление, не самый тривиальный вопрос, требующий полноценного научного подхода, чтобы на него ответить. Более того, кажется, мне придется прибегнуть к эксперименту на людях. Звучит заманчиво, ну так что же, приступим?
Сформулируем задачу: характеристики чая зависят от свойств воды, которые та приобретает после очистки на различных фильтрах. Соответственно, нам необходимо определить свойства воды, ответственные за изменение качества и характеристик чая, и соотнести их со свойствами воды, которые та приобретает или теряет, проходя через различные типы фильтров. Затем мы сможем смоделировать эксперимент, качественно и количественно оценивающий изменение характеристик чая и сделать выводы относительно типов фильтров.
Начнем с относительно простых вещей, с фильтрации. В бытовой очистке воды преимущественно используются три способа: ультрафиолет, сорбция и механическая очистка. По условиям задачи, мы имеем дело с водой из под крана, что означает отсутствие (как правило) механических примесей и предварительное хлорирование.
Ультрафиолет
С ультрафиолетом все достаточно просто: он у нас как мачете и курение. Убивает. Вредоносная микропакость, содержащаяся в водичке быстро мрет, а образующиеся во время облучения короткоживущие активные формы кислорода курощают всякую летучую серу/азот содержащую органику, улучшая вкус и запах. Абсолютно незаменим, если требуется сохранить относительно естественный вкус и минерализацию воды из какого-нибудь природного источника и не воспарить над очком после дегустации. В городских условиях же, как правило, избыточен, элементы стандартных компоновок покупных фильтров решают те же проблемы, только дешевле и эффективней. Впрочем, если вместо освященной воды вам больше по душе освещенная, то ультрафиолет ваш выбор.
Сорбция
Для удаления из воды различных примесей используюся сорбенты: материалы с развитой поверхностью. Это значит, что вся их поверхность покрыта микропорами, увеличивая в кошмарные разы общую площадь материала. Бактерии, вирусы, коллоидные частицы и ионы тяжелых металлов удерживаются в порах, а мелкие молекулы воды свободно проходят мимо. Угольные сорбенты позволяют избавиться от всего лишнего в воде из под крана, кроме жёсткости, с ней справятся ионообменные смолы: сшитые полимеры с реакционно активными центрами вроде сульфоксигрупп. По ним в водном растворе происходит реакция обмена, ионы кальция и магния удерживаются смолой, а в раствор уходят ионы натрия или протоны. В последнем случае кислотность воды возрастает, и в фильтр добавляют дополнительный реминерализующий блок, возвращающий все на круги своя. Например, добавляют природный минерал доломит, повышающий концентрацию магния и кальция до нужных значений. На основе сорбентов работают проточные и кувшинные фильтры, требующие замены картриджей с сорбентом по мере выработки их емкости.
Механическая очистка
Это тот самый случай, когда самая примитивная технология является самой продвинутой. Так уж вышло, что вершина инженерного гения в области водоочистки это… Сито. Но есть нюанс. Вода, которую мы используем, проходит через несколько степеней механической очистки, на каждом из которых отсеиваются посторонние частицы. Начиная с достаточно грубой решетки водозабора и заканчивая мембранами, принцип один: возьми такую ячеистую сетку, чтобы через нее не пролезало лишнее. Пресловутый нюанс проявляется в тот момент, когда наши ячейки достигают коллоидного размера. Поверхностные и молекулярные эффекты начинают ощутимо влиять на скорость фильтрации, хотя справлются с этим достаточно тривиально: давят посильнее. Вплоть до преодоления осмотических сил. Так мы подошли к мембранным фильтрам: эти фильтры используют барьерную технологию вместо сорбционной: вода подаётся с внешней стороны мембраны и буквально “продавливается” сквозь неё. Такие фильтры как раз и используются во всех встроенных системах водоочистки.
С внутренней стороны мембраны оказывается чистая вода, или пермеат, а снаружи остается концентрат: концентрированный раствор всякой пакости, уходящий в дренаж. По увеличению размера пор в мембране (да, тут тоже поры, не путайте с сорбентом), различают обратный осмос, нано-, ультра- и микрофильтрацию. Одновременно с увеличением пор увеличивается размер пропускаемых частиц и снижается вплоть до нуля прикладываемое давление и объем концентрата. Обратный осмос дает очистку близкую к дистилляту, тогда как микрофильтрация часто используется просто как дополнительный блок очистки для ультрафильтрации или в сорбционном фильтре. Для повседневных целей обычно используется ульрафильтрация, отсеивающая все, кроме небольших ионов, кстати, вся магазинная водичка в бутылках очищена именно так. Ну и, конечно же, блок реминерализации в таких системах тоже обычно присутствует.
Что же имеем в итоге?
В конечном итоге, оба типа фильтров, встроенный мембранный и сорбционный кувшинный, прекрасно справляются со своей задачей, при условии своевременной замены расходников, конечно же. Оба не пустят в ваш чаечек вирусы, бактерии и прочую микробиологическую пакость, а также крупную органику. От кувшинов можно ожидать большего количества растворенных в воде солей, повышенное содержание крупных ионов типа гидрофосфатов и гидрокарбонатов, большее содержание мелкой органики, а так же большие отклонения в кислотности относительно нейтральной воды в зависимости от типа используемого сорбента. Вода после ультрафильтрационной очистки будет содержать в себе меньшее количество как органических примесей так и солей в целом. Так есть ли разница? Что сможет повлиять на вкус и аромат чая? И, наконец, что из этого мы сможем проверить в моей бедной на игрушки лаборатории? Все это мы узнаем в следующей серии, не переключайтесь!
