Способ структурирования природной питьевой воды и стабилизации ее активными формами кислорода и устройство для его осуществления
Изобретение относится к структурированию природной питьевой воды и стабилизации ее активными формами кислорода и может найти применение в получении высококачественной питьевой воды, в технологиях очистки загрязненных вод, в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Способ включает смешивание потока воды и газообразного кислорода. После смешивания с кислородом поток воды обрабатывают ультрафиолетовым излучением во время и после прохождения потока воды через слой из частиц кремнийсодержащего минерала. Устройство состоит из емкости, снабженной входом и выходом потока воды. Вход соединен со смесителем, подающим поток воды в размещенный внутри емкости стакан с перфорацией. Источники ультрафиолетового излучения расположены между стаканом и внутренней поверхностью стенки емкости, а внутри стакана размещены частицы кремнийсодержащего минерала. Технический результат состоит в упрощении и удешевлении получения высококачественной питьевой воды, а также повышении времени сохранения водой своих активных свойств. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к способам структурирования природной питьевой воды и стабилизации ее активными формами кислорода и может найти применение в получении высококачественной питьевой воды, в технологиях очистки загрязненных вод, в пищевой промышленности и сельском хозяйстве.
Технология получения стабилизированных комплексов воды и кислорода при избыточном давлении кислорода способствует образованию кластерной структуры воды, обладающей высокой биохимической активностью, в первую очередь связана с насыщением ее активным кислородом, который определенным образом встроен в структуру воды (синглетный кислород).
Известен способ получения обогащенной кислородом воды путем создания избыточного давления кислорода над поверхностью воды и механического воздействия на воду при повышенных температурах до образования кавитационных пузырьков. Ударные волны от сжатия кавитационных пузырьков воды приводит к разрушению исходной структуры и образованию новой микрокластерной структуры воды, насыщенной кислородом, который обладает повышенной химической и биологической активностью. После кавитационной обработки воду охлаждают до 4-15°C (US 6521248, C02F 1/00, C02F 1/34, опубл. 2003.02.18).
Недостатками известного способа является сложность технологического оборудования и достаточно интенсивный процесс саморазрушения микрокластерной структуры воды и, как следствие, быстрое уменьшение в воде содержания активного кислорода. Для предотвращения быстрой потери водой активного кислорода требуется пониженная температура хранения и использования, что ограничивает промышленное применение известного способа.
Известен способ активирования воды синглетным кислородом, включающий распыление газообразного кислорода в потоке воды и последующее контактирование потока воды с пористой или шероховатой поверхность твердого тела при одновременном облучении ультрафиолетовым облучением. Материал поверхности твердого тела представляет собой прозрачную полимерную матрицу с включениями из фоточувствительного органического вещества (сенсибилизатора), на поверхности которого происходит активирование - образование синглетного кислорода (DE 19855881, C02F 1/30, C02F 1/72, опубл. 2000.06.08).
Недостатком известного способа является недолговечность сенсибилизатора из-за его растворения в воде. Известный способ наиболее эффективен при распылении в воду газообразной среды, уже содержащей синглетный кислород, или распылении газообразной среды в воду и облучении образовавшегося аэрозоля в контакте с водорастворимым сенсибилизатором. Однако такое осуществление известного способа связано с дополнительными затратами на предварительную активацию кислорода, например ионизацию кислорода воздуха, так и со сложностью поддержания стабильности аэрозоля. Кроме того, при ионизации воздуха происходит попадание в воду ионизированного азота и его соединений, что совместно с растворением в активированной воде вещества сенсибилизатора препятствует применению известного способа для получения питьевой воды для пищевой промышленности.
Известно устройство обработки потока воды путем введения в него струи ионизированного воздуха, содержащего ионизированные кислород, азот, а также озон и молекулярный синглетный кислород. Устройство включает источник ультрафиолетового излучения, средство смешивания потока ионизированного воздуха и потока воды - смеситель (струйный насос, трубка Вентури и т.п.), металлические электроды, содержащие двуокись кремния, и емкость реактора (US 5685994, C02F 1/46, C02F 1/50, опубл. 1997.11.11).
Недостатком известного устройства получения активированной воды является введение в обрабатываемую воду ионизированного азота, окислов азота и ионов тяжелых металлов (меди, олова), ограничивающих применение известного устройства для получения активированной питьевой воды для ее использования в пищевой промышленности. Кроме того, устройство требует дополнительных значительных затрат электроэнергии для поляризации металлических электродов.
Известные способы и устройства активации воды за счет введения синглетного кислорода, полученного либо за счет ультрафиолетового облучения воздуха, либо за счет облучения сенсибилизаторов (фотодинамических красителей) в воздухе или в воде, не позволяют достичь значительного увеличения содержания молекулярного кислорода в воде. Синглетный кислород и образующиеся из него другие активные формы кислорода являются короткоживущими, а в отсутствие в воде избытка молекулярного кислорода активированная ими вода быстро теряет свои особые свойства.
Задачей и техническим результатом изобретения является разработка способа и устройства структурирования природной питьевой воды и стабилизации ее активными формами кислорода, обеспечивающие простое и дешевое получение высококачественной питьевой воды, а также повышение времени сохранения водой своих активных свойств.
Сущностью изобретения является способ получения структурированной природной питьевой воды и стабилизации ее активными формами кислорода, включающий смешивание потока воды и газообразного кислорода и обработку ультрафиолетовым излучением, причем после смешивания с кислородом поток воды обрабатывают ультрафиолетовым излучением во время и после прохождения потока воды через слой из частиц кремнийсодержащего минерала.
Кроме того, что в качестве кремнийсодержащего минерала выбирают силикаты с содержанием кремния 65-75 мас.%; смешивание ведут распылением газообразного кислорода в потоке воды; движение потока воды после прохождения через слой из частиц кремнийсодержащего минерала ведут в ламинарном режиме; размер частиц кремнийсодержащего минерала составляет 1-30 мм; обработку ультрафиолетовым излучением потока воды ведут при его вертикальном направлении движения; избыточное давление в потоке воды составляет не более 1000 мм водяного столба.
Сущностью изобретения также является устройство для получения структурированной природной питьевой воды и стабилизации ее активными формами кислорода, включающее смеситель потока воды и газообразного кислорода, а также источники ультрафиолетового излучения, которое состоит из емкости, снабженной входом и выходом потока воды, при этом вход соединен со смесителем, подающим поток воды в размещенный внутри емкости стакан с перфорацией, источники ультрафиолетового излучения расположены между стаканом и внутренней поверхностью стенки емкости, а внутри стакана размещены частицы кремнийсодержащего минерала.
Кроме того, выход расположен в верхней части емкости; стакан выполнен в виде протяженного полого цилиндра; между дном емкости и дном стакана выполнен зазор; стакан выполнен из прозрачного материала; стакан выполнен с перфорацией нижней части и/или дна; в качестве смесителя потока воды и газообразного кислорода используют струйный насос: инжектор или эжектор; в качестве источников обработки ультрафиолетовым излучением используют цилиндрические ультрафиолетовые лампы; внутри стакана размещены частицы кремнийсодержащего минерала - силикаты с содержанием кремния 65-75 мас.%.
Изобретение может быть проиллюстрировано примером осуществления и устройством, представленным на чертеже, где:
1 - емкость;
2 - вход потока воды в емкость;
3 - выход потока воды из емкости;
4 - смеситель - струйный насос;
5 - стакан;
6 - перфорация стакана;
7 - частицы кремнийсодержащего минерала;
8 - источник ультрафиолетового излучения - цилиндрические лампы;
9 - внутренняя поверхность стенки емкости;
10 - зазор между дном емкости и дном стакана.
Структурирование природной питьевой воды и стабилизацию ее активными формами кислорода осуществляют в активаторе - емкости 1, снабженной входом потока воды 2 и выходом потока активированной воды 3. Природная вода (речная, озерная или из водохранилища), поступающая для структурирования и стабилизации, предварительно может быть подвергнута очистке от механических примесей и обеззаражена (дезинфицирована) с использованием стандартных способов и оборудования, например дезинфекции с использованием ультрафиолетовых ламп. Воду в емкость 1 можно подавать как принудительно с использованием насосов, так и самотеком под действием силы тяжести.
Вход потока воды 2 соединен со смесителем 4, в который одновременно подают поток воды и газообразный кислород (медицинский 99.9%) и осуществляют их смешивание. В качестве смесителя 4 могут использоваться струйные насосы (эжекторы или инжекторы) различной конструкции, в частности обеспечивающие распыление струи кислорода в объеме потока воды, подаваемой для структурирования и стабилизации. Смеситель 4 подает поток воды, смешанной с кислородом, в стакан 5, размещенный внутри емкости и снабженный перфорацией 6. Стакан 5 может быть выполнен в виде протяженного полого цилиндра из прозрачного материала, пропускающего ультрафиолетовое излучение: стекло, прозрачные пластмассы и т.п., что обеспечивает более качественную обработку потока воды при его прохождении через емкость 1. Внутри стакана, частично или полностью заполняя его объем, размещены частицы (обломки, гранулы и т.п.) кремнийсодержащего минерала 7: природного силиката с содержанием кремния 66-68 мас.%.
Обрабатываемый поток воды (показано фигурными стрелками) насыщается кислородом и поступает в стакан 5, где проходит через слой из частиц кремнийсодержащего минерала 7 и выходит через перфорацию 6 в объем емкости 1. Контакт потока воды и кислорода с поверхностью частиц кремнийсодержащего минерала в сочетании с обработкой ультрафиолетом приводит к образованию в водокислородных комплексов, создаваемых в воде, и обеспечивает повышенное содержание кислорода в воде и его стабильность во времени.
Оптимальным является выполнение перфорации 6 (сквозных отверстий) в нижней части или в дне стакана 5 и наличие зазора 10 между дном емкости 1 и дном стакана 5, что обеспечивает необходимое время контакта воды с частицами кремнийсодержащего минерала 7 с размерами 1-30 мм при обработке ультрафиолетовым излучением через прозрачные стенки стакана 5, а также последующий режим движения потока воды - ламинарный, при котором механическое воздействие на формирующуюся структуру активированной воды минимально.
После контакта с частицами кремнийсодержащего минерала 7 поток воды через зазор 10 движется в ламинарном режиме вверх в вертикальном направлении, которое также может быть осуществлено под действием силы тяжести и избыточном давлении в потоке воды не более 1000 мм водяного столба. В процессе движении вверх к выходу 3, расположенному в верхней части емкости 1, поток воды также подвергают интенсивной обработке ультрафиолетовым излучением с использованием в качестве источника излучения цилиндрических ультрафиолетовых ламп 8, расположенных внутри емкости 1 между стаканом 5 и внутренней поверхностью стенки емкости 9.
После прохождения через устройство по изобретению вода подает на хранение, розлив и упаковку готовой продукции.
При использовании цилиндрической емкости 1 диаметром 250 мм и высотой 1200 мм при подаче воды 2 т/час и кислорода 80 л/час была получена питьевая вода с высоким и стабильным содержанием кислорода 25-35 мг/литр, которое в зависимости от условий хранения сохраняется в течение 2-4 месяцев.
Полученная по изобретению природная вода, структурированная и стабилизированная активными формами кислорода, может быть использована как питьевая.
Представленные результаты реализации способа с использованием устройства по изобретению показывают достижение поставленного технического результата: простое и дешевое получений высококачественной питьевой воды, структурированной и стабилизированной активными формами кислорода, способной к длительному хранению без потери своих активных свойств.
1. Способ получения структурированной природной питьевой воды и стабилизации ее активными формами кислорода, включающий смешивание потока воды и газообразного кислорода и обработку ультрафиолетовым излучением, отличающийся тем, что после смешивания с кислородом поток воды обрабатывают ультрафиолетовым излучением во время и после прохождения потока воды через слой из частиц кремнийсодержащего минерала.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего минерала выбирают силикаты с содержанием кремния 65-75 мас.%.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивание ведут распылением газообразного кислорода в потоке воды.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что движение потока воды после прохождения через слой из частиц кремнийсодержащего минерала ведут в ламинарном режиме.
5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что размер частиц кремнийсодержащего минерала составляет 1-30 мм.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ультрафиолетовым излучением потока воды ведут при его вертикальном направлении движения.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что избыточное давление в потоке воды составляет не более 1000 мм водяного столба.
8. Устройство для получения структурированной природной питьевой воды и стабилизации ее активными формами кислорода, включающее смеситель потока воды и газообразного кислорода, а также источники ультрафиолетового излучения, отличающееся тем, что состоит из емкости, снабженной входом и выходом потока воды, при этом вход соединен со смесителем, подающим поток воды в размещенный внутри емкости стакан с перфорацией, источники ультрафиолетового излучения расположены между стаканом и внутренней поверхностью стенки емкости, а внутри стакана размещены частицы кремнийсодержащего минерала.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что выход расположен в верхней части емкости.
10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что стакан выполнен в виде протяженного полого цилиндра.
11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что между дном емкости и дном стакана выполнен зазор.
12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что стакан выполнен из прозрачного материала.
13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что стакан выполнен с перфорацией нижней части и/или дна.
14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в качестве смесителя потока воды и газообразного кислорода используют струйный насос, инжектор или эжектор.
15. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в качестве источников обработки ультрафиолетовым излучением используют цилиндрические ультрафиолетовые лампы.
16. Устройство по п.8, отличающееся тем, что внутри стакана размещены частицы кремнийсодержащего минерала - силикаты с содержанием кремния 65-75 мас.%.
