Hygiene and SanitationHygiene and SanitationГигиена и санитария0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman64025410.47470/0016-9900-2020-99-9-904-910ENVIRONMENTAL HYGIENEГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫImpact of the electrochemical treatment on physical and chemical properties of water activated in various devices using electrochemical activation technologyВлияние электрохимической обработки на физико-химические свойства водыhttps://orcid.org/0000-0002-1269-3161NekrasovaLarisa P.НекрасоваЛариса Петровна
Russian Federation

MD, Ph.D., DSci. Leading Researcher, Laboratory of Ecological and Hygienic Assessment and Prediction of Toxicity of Substances of the Centre for Strategic Planning of FMBA of Russia, Moscow, 119121, Russian Federation.

e-mail: laranekrasova@gmail.com

Канд. хим. наук, вед. науч. сотр. лаб. эколого-гигиенической оценки и прогнозирования токсичности веществ ФГБУ «ЦСП» ФМБА России.

e-mail: laranekrasova@gmail.com

laranekrasova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7194-9131MikhailovaRufina I.МихайловаР. Н.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0003-0696-5359RyzhovaIrina N.РыжоваИ. Н.
Russian Federation
Centre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks of the Federal Medical Biological AgencyФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства2009202099990491029102024Copyright ©; 2024, Nekrasova L.P., Mikhailova R.I., Ryzhova I.N.Copyright ©; 2024, Некрасова Л.П., Михайлова Р.Н., Рыжова И.Н.2024Nekrasova L.P., Mikhailova R.I., Ryzhova I.N.Некрасова Л.П., Михайлова Р.Н., Рыжова И.Н.https://journals.eco-vector.com/0016-9900/article/view/640254

Introduction. Currently, there are various technologies for water treatment and water purification, including ozonation of water, water treatment with UV radiation, ion exchange, magnetization. Electrochemical treatment of water by direct electric current, in which activated water is formed, characterized by many anomalous properties, is a modern approach to water treatment and water treatment.

Purpose of the study. The study of the physicochemical properties of water-activated in devices of different manufacturers with different designs.

Material and methods. To activate the water, activators were used: AP-1, Melesta, Zdrava, the filter of electrochemical water purification “ Izumrud”. The activity of hydrogen ions and the redox potential of water were measured using an Ecotest-120 ionomer with a switch. To measure the electrical conductivity of the solutions, an Expert-002 conductometer was used. Free chlorine was determined by the photocolorimetric method on a Spectroquant Multy colorimeter. Antioxidant activity was determined spectrophotometrically using a mediator system of potassium ferro-ferricyanide.

Results. Chloride ions make a decisive contribution to the change in the physicochemical characteristics of anolyte upon activation of water. Sulfates and bicarbonates do not affect the prooxidant activity of the anolyte. The relaxation of catholytes obtained in membrane activators proceeds by a gradual increase in ORP, while the relaxation of activated water in the Zdrava diaphragmless activator proceeds in an oscillatory mode and is characterized by sharp changes in ORP. Anolytes are stable over time and slightly change the pH and ORP during storage. The activation of certain types of water in a diaphragmless activator does not lead to a decrease in the ORP, but its significant growth.

Conclusion. Electrochemically activated water is a general term that hides in each case an unknown substance with an unpredictable effect. The use of standard devices even when using the same water sample, as a rule, leads to different physicochemical characteristics of activated water. When using different types of water, physicochemical characteristics differ significantly. The use of electrochemically activated water is unsafe.

Введение. В настоящее время существуют различные технологии водообработки и водоочистки, включающие помимо классических озонирование воды, обработку воды УФ-излучением, ионный обмен, омагничивание. Электрохимическая обработка воды постоянным электрическим током, при которой образуется активированная вода, характеризующаяся рядом аномальных свойств, является современным подходом в водоочистке и водообработке.

Цель исследования – изучение физико-химических свойств воды, активированной в устройствах разных производителей, имеющих различную конструкцию.

Материал и методы. Для активации воды использовали следующие портативные устройства: АП-1, Мелеста, Здрава, фильтр электрохимической очистки воды «Изумруд». Активность водородных ионов и окислительно-восстановительный потенциал воды измеряли с помощью иономера «Экотест-120» с коммутатором. Для измерения электропроводности растворов использовали кондуктометр «Эксперт-002». Определение свободного хлора проводили фотоколориметрическим методом на колориметре Spectroquant Multy. Антиоксидантную активность определяли спектрофотометрическим методом с использованием медиаторной системы ферро-феррицианида калия.

Результаты. Решающий вклад в изменение физико-химических характеристик анолита при активации воды вносят хлорид-ионы. Сульфаты и гидрокарбонаты не влияют на прооксидантную активность анолита. Релаксация католитов, полученных в мембранных активаторах, протекает путём постепенного увеличения ОВП, в то время как релаксация активированной воды в бездиафрагменном активаторе «Здрава» протекает в колебательном режиме и характеризуется резкими изменениями ОВП. Анолиты стабильны во времени и незначительно изменяют рН и ОВП при хранении. Активация некоторых типов вод в бездиафрагменном активаторе приводит не к понижению ОВП, а к его значительному росту.

Заключение. Электрохимически активированная вода – общий термин, за которым скрывается в каждом конкретном случае неизвестная субстанция с непредсказуемым эффектом. Использование стандартных устройств даже при использовании одной и той же пробы воды, как правило, приводит к различным физико-химическим характеристикам активированной воды. При использовании различных типов воды физико-химические характеристики отличаются значительно. Это обстоятельство объясняет разнонаправленные биологические эффекты и влияние на здоровье, полученные разными группами исследователей.

electrochemical activationredox potentialrelaxationantioxidant activitycatholyteanolyteэлектрохимическая активацияокислительно-восстановительный потенциалрелаксацияантиоксидантная активностькатолитанолитRakhmanin Yu.A., Mikhaylova R.N. Status and development trends of water disinfection technologies for drinking purposes. Aktual’nye voprosy transportnoy meditsiny. 2009; (1): 86–8. (in Russian)Рахманин Ю.А., Михайлова Р.Н. Состояние и тенденции развития технологий обеззараживания воды для питьевых целей. Актуальные вопросы транспортной медицины. 2009; (1): 86-8.Prilutskiy V.I., Bakhir V.M. Electrochemically Activated Water: Abnormal Properties, Biological Mechanism of Action [Elektrokhimicheski aktivirovannaya voda: anomal’nye svoystva, mekhanizm biologicheskogo deystviya]. Moscow: Ekran; 1997. (in Russian)Прилуцкий В.И., Бахир В.М. Электрохимически активированная вода: аномальные свойства, механизм биологического действия. М.: Экран; 1997.Leonov B.I., Prilutskiy V.I., Bakhir V.M. Physico-Chemical Aspects of the Biological Effects of Electrochemically Activated Water [Fiziko-khimicheskie aspekty biologicheskogo deystviya elektrokhimicheski aktivirovannoy vody]. Moscow; 1999. (in Russian)Леонов Б.И., Прилуцкий В.И., Бахир В.М. Физико-химические аспекты биологического действия электрохимически активированной воды. М.; 1999.Bakhir V.M. Electrochemical Activation. Inventions, Techniques, Technology [Elektrokhimicheskaya aktivatsiya. Izobreteniya, tekhnika, tekhnologiya]. Moscow: Del’fin Akva; 2014. (in Russian)Бахир В.М. Электрохимическая активация. Изобретения, техника, технология. М.: Дельфин Аква; 2014.Pogorelov A.G., Bakhir V.M., Ipatova L.G., Pogorelova M.A., Levacheva M.A. Progressive Electrochemistry and Functional Microscopy of Biostructures in Agri-Food and Biotechnology [Progressivnaya elektrokhimiya i funktsional’naya mikroskopiya biostruktur v agropishchevykh i biotekhnologiyakh]. Moscow: Frantera; 2018. (in Russian)Погорелов А.Г., Бахир В.М., Ипатова Л.Г., Погорелова М.А., Левачева М.А. Прогрессивная электрохимия и функциональная микроскопия биоструктур в агропищевых и биотехнологиях. М.: Франтера; 2018.Kirpichnikov P.A., Bakhir V.M., Gamer P.U., Dobren’kov G.A., Liakumovich A.G., Fridman B.S., et al. On the nature of electrochemical activation of media. Doklady Akademii nauk SSSR. 1986; 286(3): 66–7. (in Russian)Кирпичников П.А., Бахир В.М., Гамер П.У., Добреньков Г.А., Лиакумович А.Г., Фридман Б.С. и соавт. О природе электрохимической активации сред. Доклады Академии наук СССР. 1986; 286(3): 66-7.Tomilov A.P. Electrochemical activation is a new direction in applied electrochemistry. Zhizn’ i bezopasnost’. 2002; (3): 302–7. (in Russian)Томилов А.П. Электрохимическая активация - новое направление прикладной электрохимии. Жизнь и безопасность. 2002; (3): 302-7.Petrushanko I.Yu., Lobyshev V.I. Physicochemical properties of aqueous solutions obtained in a membrane electrolyzer. Biophysics. 2004; 49(1): 22–31.Petrushanko I.Yu., Lobyshev V.I. Physicochemical properties of aqueous solutions obtained in a membrane electrolyzer. Biophysics. 2004; 49(1): 22-31Nekrasova L.P. Unusual properties of some-contact activated solutions. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2013; (4): 87–92. (in Russian)Некрасова Л.П. Необычные свойства некоторых бесконтактно активированных растворов. Успехи современного естествознания. 2013; (4): 87-92.Nekrasova L.P., Mikhaylova R.I., Ryzhova I.N. Determination antioxidant activity of electrochemically activated water using potentiometric and spectrophotometric method. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovaniy. 2016; (5): 559–63. (in Russian)Некрасова Л.П., Михайлова Р.И., Рыжова И.Н. Определение антиоксидантной активности электрохимически активированной воды потенциометрическим и спектрофотометрическим методами. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016; (5): 559-63.Hamasaki T., Harada G., Nakamichi N., Kabayama S., Teruya K., Fugetsu B., et al. Electrochemically reduced water exerts superior reactive oxygen species scavenging activity in HT1080 cells than the equivalent level of hydrogen-dissolved water. PloS One. 2017; 12(2): e0171192. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0171192Cloete T.E., Thantsha M.S., Maluleke M.R., Kirkpatrick R. The antimicrobial mechanism of electrochemically activated water against Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli as determined by SDS-PAGE analysis. J. Appl. Microbiol. 2009; 107(2): 379–84. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2009.04233.xCloete T.E., Thantsha M.S., Maluleke M.R., Kirkpatrick R. The antimicrobial mechanism of electrochemically activated water against Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli as determined by SDS-PAGE analysis. J. Appl. Microbiol. 2009; 107(2): 379-84. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2009.04233.xPogorelov A.G., Kuznetsov A.L., Pogorelova V.N., Suvorov O.A., Panait A.I., Pogorelova M.A. Destruction of a bacterial biofilm with an electrochemically activated solution. Biophysics. 2019; 64(4): 583–7. https://doi.org/10.1134/S000635091904016XПогорелов А.Г., Кузнецов А.Л., Погорелова В.Н., Суворов О.А., Панаит А.И., Погорелова М.А. Разрушение бактериальной плёнки электрохимически активированным водным раствором. Биофизика. 2019; 64(4): 583-7Huang K.C., Hsu S.P., Yang C.C., Ou-Yang P., Lee K.T., Morisawa S., et al. Electrolysed-reduced water dialysate improves T-cell damage in end-stage renal disease patients with chronic haemodialysis. Nephrol. Dial. Transplant. 2010; 25(8): 2730–7. https://doi.org/10.1093/ndt/gfq082.Huang K.C., Hsu S.P., Yang C.C., Ou-Yang P., Lee K.T., Morisawa S., et al. Electrolysed-reduced water dialysate improves T-cell damage in end-stage renal disease patients with chronic haemodialysis. Nephrol. Dial. Transplant. 2010; 25(8): 2730-7. https://doi.org/10.1093/ndt/gfq082.Kim M.J., Kim H.K. Anti-diabetic effects of electrolysed reduced water in streptococci-induced and genetic diabetic mice. Life Sci. 2006; 79(24): 2288-92. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2006.07.027Abo-Enein H., Gheith O.A., Barakat N., Nour E., Sharaf A.E. Ionized alkaline water: new strategy for management of metabolic acidosis in exeperimental animals. Ther. Apher. Dial. 2009; 13(3): 220–4. https://doi.org/10.1111/j.1744-9987.2009.00659Abo-Enein H., Gheith O.A., Barakat N., Nour E., Sharaf A.E. Ionized alkaline water: new strategy for management of metabolic acidosis in exeperimental animals. Ther. Apher. Dial. 2009; 13(3): 220-4. https://doi.org/10.1111/j.1744-9987.2009.00659Yan H., Kashiwaki T., Hamasaki T., Kinjo T., Teruya K., Kabayama S., et al. The neuroprotective effects of electrolyzed reduced water and its model water containing molecular hydrogen and Pt nanoparticles. BMC Proc. 2011; 5(Suppl. 8): 69. https://doi.org/10.1186/1753-6561-5-S8-P69Watanabe T., Shirai W., Pan I., Fukuda Y., Murasugi E., Sato T., et al. Histopathological influence of alkaline ionized water on myocardial muscle of mother rats. J. Toxicol. Sci. 1998; 23(5): 411–7. https://doi.org/10.2131/jts.23.5_411Watanabe T., Shirai W., Pan I., Fukuda Y., Murasugi E., Sato T., et al. Histopathological influence of alkaline ionized water on myocardial muscle of mother rats. J. Toxicol. Sci. 1998; 23(5): 411-7. https://doi.org/10.2131/jts.23.5_411Belyaeva N.N., Rakhmanin Yu.A., Mikhaylova R.I., Savostikova O.N., Gasimova Z.M., Kamenetskaya D.B., et al. Influence of 12-month consumption of water obtained by means of noncontact activation after electrochemical treatment on morphofunctional indices of cells of liver, kidney and colon in rats. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2015; 94(6): 26–9. (in Russian)Беляева Н.Н., Рахманин Ю.А., Михайлова Р.И., Савостикова О.Н., Гасимова З.М., Каменецкая Д.Б. и соавт. Воздействие 12-месячного потребления вод, полученных с использованием неконтактной активации после электрохимической обработки, на морфофункциональные показатели печени, почки и толстой кишки крыс. Гигиена и санитария. 2015; 94(6): 26-9.Zatsepina O.N., Ingel’ F.I. Changing of physico-chemical parameters of non-contact (electrochemical) activated drinking water is associated with induction of genomic instability of cultivated human blood lymphocytes. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2016; 95(3): 233–41. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-3-233-241 (in Russian)Зацепина О.Н., Ингель Ф.И. Индукция эффектов нестабильности генома человека под действием неконтактно (электрохимически) активированных вод in vitro. Гигиена и санитария. 2016; 95(3): 233-41. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-3-233-241Bondarenko N.F., Gak E.Z., Shapkin M.P. Some features of the properties of aqueous solutions during their processing by electrochemical activation. Elektronnaya obrabotka materialov. 2001; (6): 50–60. (in Russian)Бондаренко Н.Ф., Гак Е.З., Шапкин М.П. Некоторые особенности свойств водных растворов при обработке их методом электрохимической активации. Электронная обработка материалов. 2001; (6): 50-60.Nekrasova L.P. Problems of measuring and interpretation of oxidation-reduction potential of activated waters. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovaniy. 2013; 11(2): 13–8. (in Russian)Некрасова Л.П. Проблемы измерения и интерпретации окислительно-восстановительного потенциала активированных вод. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013; 11(2): 13-8.Goronovskiy I.T., Nazarenko Yu.P., Nekryach E.F. A Quick Reference to Chemistry [Kratkiy spravochnik po khimii]. Kiev: Naukova dumka; 1974. (in Russian)Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. Киев: Наукова думка; 1974.Nekrasova L.P. Physico-chemical properties of water activated in a non-diaphragm type electrolyzer. Soznanie i fizicheskaya real’nost’. 2012; 17(8): 7–14. (in Russian)Некрасова Л.П. Физико-химические свойства воды, активированной в электролизере бездиафрагменного типа. Сознание и физическая реальность. 2012; 17(8): 7-14.Petrushanko I.Yu., Lobyshev V.I. Nonequilibrum state of electrochemically activated water and its biological activity. Biophysics. 2001; 46(3): 389–401.Petrushanko I.Yu., Lobyshev V.I. Nonequilibrum state of electrochemically activated water and its biological activity. Biophysics. 2001; 46(3): 389-401Sycheva L.P., Savostikova O.N., Mikhaylova R.I., Yurchenko V.V., Krivtsova E.K., Alekseeva A.V., et al. The study of the impact of six-month non-contact electrochemically activated water in rats with the use of multi-organ karyological test. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2015; 94(6): 87–91. (in Russian)Сычева Л.П., Савостикова О.Н., Михайлова Р.И., Юрченко В.В., Кривцова Е.К., Алексеева А.В. и соавт. Изучение шестимесячного воздействия на крыс неконтактно электрохимически активированных вод с использованием полиорганного кариологического теста. Гигиена и санитария. 2015; 94(6): 87-91.Kloss A.I. Electron-radical dissociation and water activation mechanism. Doklady Akademii nauk SSSR. 1988; 303(6): 1403–7. (in Russian)Клосс А.И. Электрон-радикальная диссоциация и механизм активации воды. Доклады Академии наук СССР. 1988; 303(6): 1403-7.Miroshnikov A.I., Bruskov V.I., Masalimov Zh.K. Concentration of hydrogen peroxide in electrochemically activated solutions and study of its effect on Escherichia coli growth. Biophysics. 2004; 49(1): 32–7.Miroshnikov A.I., Bruskov V.I., Masalimov Zh.K. Concentration of hydrogen peroxide in electrochemically activated solutions and study of its effect on Escherichia coli growth. Biophysics. 2004; 49(1): 32-7Miroshnikov A.I. Cause of solution activity after electrochemical treatment and role of chlorides and oxidation-reduction potential. Voda: khimiya i ekologiya. 2012; (12): 104–10. (in Russian)Мирошников А.И. Причина активности растворов после электрохимической обработки. Роль хлоридов и окислительно-восстановительного потенциала. Вода: химия и экология. 2012; (12): 104-10.Nekrasova L.P., Ershova M.L. Effect of noncontact electrochemical activation on water solutions of some proteins. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovaniy. 2015; (5): 452–6. (in Russian)Некрасова Л.П., Ершова М.Л. Влияние бесконтактной электрохимической активации на водные растворы некоторых белков. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015; (5): 452-6.Margulis M.A., Pilgunov V.N. Luminescence and electrification in a flow of dielectric liquids through narrow channels. Russian Journal of Physical Chemistry. 2009; 83(8): 1414–8. https://doi.org/10.1134/S0036024409080287Маргулис М.А., Пильгунов В.Н. Свечение и электризация при течении диэлектрических жидкостей в узком канале. Журнал физической химии. 2009; 83(8): 1414-8.