СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОДЫ Российский патент 1994 года по МПК C02F1/20 

Изобретение относится к способам обработки воды с целью ее активации и может быть использовано в сельском хозяйстве, в частности в растениеводстве.

Известны способы активации воды магнитным полем [1], способ активации воды путем ее нагревания до 473-773К при давлении 1,5-100 МПа с выдерживанием при высокой температуре и последующим охлаждением на воздухе [2].

Недостатками упомянутых способов являются низкая активность воды и большие энергозатраты.

Известен способ активации воды, включающий нагревание ее до кипения и затем охлаждение путем смешивания ее со льдом в соотношении 1,0:0,8-1,7 [3] .

Недостатками этого способа являются сравнительно низкая активность воды и необходимость приготовления льда в весенне-летне-осенний сезон.

Известен способ активации воды путем ее кипячения [4].

Недостатком этого способа является низкая активность воды.

Наиболее близким является способ активации воды путем вакуумирования на простейшей лабораторной установке [5].

Недостатком этого способа является низкая активность воды, полученной в результате обработки.

Целью изобретения является повышение функциональной активности воды.

Для достижения поставленной цели обработку воды осуществляют последовательно понижением давления над водой от атмосферного до 10⁵-10^-2 МПа за 10^-1-5,5 с, последующим вакуумированием при 8· 10^-4-5· 10^-3 МПа в течение 8-30 с, сбрасывают вакуум до атмосферного давления и выдерживают воду в контакте с атмосферой в течение 5-10² с, причем процесс понижения давления, последующего вакуумирования и выдерживания воды в контакте с атмосферой осуществляют периодически 2-5 раз, после заключительной стадии понижения давления над водой проводят стадию конечного вакуумирования воды при давлении 8·10^-4 -5·10^-3 МПа в течение 10²-3·10² с.

Эффект повышения активности воды обусловлен не только удалением из воды растворенных в ней газов, но также и воздействием на воду резким уменьшением давления. При вакуумировании, особенно при резком понижении давления над водой, происходит выделение и движение снизу вверх пузырьков, состоящих из молекул растворенных в воде газов и паров воды, которое вызывает изменения в структуре воды. Эти изменения в структуре воды и вызывают повышение активности воды по рассматриваемому показателю.

Технология способа заключается в быстром (в течение 10^-1-5,5 с) понижение давления над вакуумируемой водой, имеющей, как и природная, температуру 283-303К, от величины атмосферного давления до 10^-5-10^-2 МПа с помощью вакуумирумого ресивера, в котором перед подключением его к сосуду с водой создается вакуум более глубокий, чем величина задаваемого над водой вакуума.

Вакуум в ресивере и в вакуумируемой системе создается и поддерживается с помощью насоса типа 2НВР - 5Д в комплекте с паромасляным диффузионным насосом. После подключения к сосуду с водой вакуумируемого ресивера, которое осуществляется с помощью трехходового крана или магнитного клапана, и первоначального понижения остаточного давления над водой до заданной величины за указанное выше время, проводят последующее вакуумирование воды при 8 · 10^-4-5 · 10^-3 МПа в течение 8-30 с, сбрасывание вакуума до величины атмосферного давления с последующим контактом воды с атмосферой в течение 5-10² с, осуществляют весь этот процесс 2-5 раз, причем после последнего быстрого понижения давления над водой ее вакуумируют при давлении 8·10^-4-5 · 10^-3 МПа в течение 100-300 с.

Для улавливания испаряющейся воды и поддержания величины вакуума на требуемом уровне между трехходовым краном и ресивером устанавливается охлаждаемая ловушка.

В рассматриваемых далее примерах величина вакуума в ресивере Р_респеред подключением его к сосуду с водой рас- считывалась с учетом объема ресивера V_рес, суммарного объема воздуха в сосуде над водой и в соединенном с ним участке вакуум-провода V₂, величины атмосферного давления Р₂ в этом объеме перед вакуумированием и величины задаваемого в объеме всей системы подключением сосуда с водой остаточного давления Р_{зад.вак} на основании того, что величина Р_{зад.вак} является аддитивной и связана с другими рассматриваемыми здесь величинами соотношением
P_{зад.вак}=(Р_рес · V_рес+P₂ V₂)/(V_рес+V₂)
Время скоростного понижения давления над водой от атмосферного до задаваемого τ_{зад.вак} составляло 10^-1; 0,7; 5,5 и 6 с. Задаваемое давление Р_{зад.вак} при каждом очередном скоростном понижении давления над водой от атмосферного до задаваемого было равно 9 · 10^-6; 10^-5; 5 · 10^-4; 10^-2 и 1,1· 10^-2 МПа. Время каждого последующего очередного вакуумирования после каждого скоростного понижения давления над водой τ_{очер.вак} составляло 5; 8; 15; 30 и 40 с. Величина давления при каждом очередном вакуумировании после каждого очередного скоростного понижения давления над водой Р_{очер.вак} равнялось 6 · 10^-4; 8 · 10^-4; 10^-3; 5 · 10^-3 и 6 · 10^-3МПа. Кратность проведения всего этого процесса n_пров составляла 1; 2; 4; 5 и 6 раз. Продолжительность вакуумирования после последнего быстрого понижения давления над водой τ_{кон.вак} равнялась 90; 100; 300 и 320 с. Давление при последнем вакуумировании Р_{кон.вак} в приводимых примерах составляло 7 · 10^-4; 8·10^-4; 10^-3; 6 · 10^-3 МПа. Температура воды перед активированием Т_вак была 283; 293 и 303К.

Интервал выбранных значений τ_{зад.вак} 10^-1-5,5 с определен тем, что осуществить τ_{зад.вак.} за время меньше чем 10^-1 с по техническим причинам удалось, а при τ_{зад.вак} >5,5 с проявление положительного эффекта было незначительно.

Интервал рекомендуемых значений Р_{зад.вак} 10^-5-10^-2 МПа определен тем, что при Р_{зад.вак.}>10^-2 МПа повышения эффекта активации воды не происходит, а при Р_{зад.вак}<10^-5 МПа усиление эффекта активации воды, хотя и проявляется, но незначительно и к тому же при этом требуется установка более эффективных ловушек для паров воды, а выход активированной воды несколько снижается.

Интервал значений τ_{очер.вак}. 8-30 с обусловлен тем, что при τ_{очер.вак}<8 с и при τ_{очер.вак.}>30 с эффект активации снижается. Это связано с тем, что процесс бурного выделения растворенных газов и паров за время меньше 8 с еще не прекращается, а при τ_{очер.вак}>30 с эффект активирования воды снижается из-за того, что первоначальное τ_{очер.вак}>30 с приводит к значительному удалению растворенных в воде газов, и последующие операции повторения всего процесса не дают в этом случае эффекта повышения активности воды, так как при этих повторениях газы из воды хотя и выделяются, но не так интенсивно, а значит и меньше активируется вода.

Интервал рекомендуемых значений Р_{очер.вак} 8 ·10^-4-5 ·10^-3 МПа обусловлен тем, что при Р_{очер.вак}<8 ·10^-4 МПа положительный эффект активирования воды далее практически не увеличивался, а при Р_{очер.вак.}>5 ·10^-3 МПа эффект повышения активности воды не проявляется.

Число заявляемых повторений процесса быстрого понижения давления над водой от атмосферного до задаваемого n_пров, 2-5 раз обусловлено тем, что при n_пров ≥ 5 раз повышение эффекта активирования воды по сравнению с n_пров= 4 незначительно. Число процессов сбрасывания вакуума до атмосферного давления и последующих выдерживаний активируемой воды в контакте с атмосферой при этом будет составлять соответственно 1-4 раз.

Заявляемый интервал времени выдерживания активируемой воды в контакте с атмосферой (перед очередным быстрым понижением давления от атмосферного до задаваемого) τ_{атм.выд}. составляет 5-10² с, так как при τ_{атм.выд}<5 с эффект повышения активации не проявляется из-за того, что за это время в воде не успевает раствориться заметно проявляющее себя количество газов воздуха, а при τ_{атм.выд}>10² с эффект активации снижается из-за того, что приращение эффекта активации за счет 2-5-кратного повторения процесса одновременно нейтрализуется утратой активности воды из-за увеличения продолжительности процесса обработки.

Интервал рекомендуемых значений Р_{кон.вак}, составляющий 8 10^-4-5 10^-3 МПа, обусловлен тем, что при Р_{кон.вак}< 8 10^-4 МПа положительный эффект активирования воды далее практически не увеличивался, а при Р_{кон.вак}>5 ·10^-3 МПа эффект активирования воды не достигал требуемого уровня.

Интервал рекомендуемых значений τ_{кон.вак} 100-300 с определен тем, что при τ_{кон.вак.}<100 с эффект активирования воды не достигал требуемого уровня, а при τ_{кон.вак.}>300 с дальнейшее повышение активности воды было незначительно.

Для всех осуществленных примеров описываемого способа использовалась водопроводная артезианская водa после выдерживания под открытым небом в течение 5 сут, нагревалась до требуемой температуры воздухом и солнцем и использовалась для активирования. Энергии на нагрев воды здесь не требовалось.

Для оценки активности воды использовалась методика, изложенная в [5]. В водопроводную воду (контрольную) и в воду, активированную предлагаемым способом, на 1 ч при открытой крышке бюкса на 5· 10^-5м³, заполненного испытуемой водой, при температуре 293К помещали свежесорванный березовый лист и отмечали проценты поглощения воды в расчете на исходную массу листа (мас.% ).

Поглощение водопроводной (контрольной) воды составляло 5,1 ± 1,2 мас.%, а процент поглощения воды, активированной по заявляемому способу, составил 42,4±0,9 мас.% (табл. 1).

В табл. 2 приведены некоторые физико-химические характеристики воды до и после активирования, т.е. артезианской водопроводной воды после выдерживания под открытым небом в течение 5 сут, имеющей перед опытами температуру 303К (вода 05) и воды 05 после активирования описываемым способом при 303К в условиях примера 19 (вода 08).

П р и м е р 1. Т_вак=283К; Р_{зад.вак}=9 ˙ 10^-6 МПа;
τ_{зад.вак}=0,1 с; Р_{очер.вак}=8 ˙ 10^-4 МПа;
τ_{очер.вак} =15с; n_пров=4;
Р_{кон.вак}=8 ˙ 10^-4 МПа; τ_{кон.вак}=300 с;
τ_{атм.выд}=50 с; % погл.=36,7±1,0 мас.%.

П р и м е р 2. Аналогичен примеру 1, но
Р_{зад.вак}=10^-5 МПа; % погл=36,6±0,8 мас.%.

П р и м е р 3. Аналогичен примеру 2, но
Р_{очер.вак}=6 ˙ 10^-4 МПа; % погл.=36,8±1,0 мас.%.

П р и м е р 4. Аналогичен примеру 2, но Р_{кон.вак}=7 ˙ 10^-4 МПа; % погл.= 36,7±1,1 мас.%.

П р и м е р 5. Т_вак=293К; Р_{зад.вак}=10^-3 МПа;
τ_{зад.вак}=0,7 с; Р_{очер.вак}=10^-3 МПа;
τ_{очер.вак}=5 с; n_пров=4; τ_{атм.выд}=50 с;
Р_{кон.вак}=10^-3 МПа; τ_{кон.вак}=300 с;
% погл.=35,2±0,9 мас.%.

П р и м е р 6. Аналогичен примеру 5, но
τ_{очер.вак}=8 с; % погл.=36,6±0,8 мас.%.

П р и м е р 7. Аналогичен примеру 6, но
τ_{очер.вак.}=15 с; % погл=38,±0,7 мас.%
П р и м е р 8. Аналогичен примеру 6, но
τ_{очер.вак}=30 с; % погл=39,2±0,9 мас.%.

П р и м е р 9. Аналогичен примеру 6, но
τ_{очер.вак.}=40 с; % погл=39,2±0,8 мас.%.

П р и м е р 10. Аналогичен примеру 7, но
n_пров=1; % погл=28,9±0,8 мас.%;
П р и м е р 11. Аналогичен примеру 7, но
n_пров=3; % погл.=36,6±1,1 мас.%.

П р и м е р 12. Аналогичен примеру 7, но
n_пров=5; % погл=39,2±0,8 мас.%.

П р и м е р 13. Аналогичен примеру 7, но
n_пров=6; % погл=39,3±0,7 мас.%.

П р и м е р 14. Аналогичен примеру 7, но
Р_{очер.вак}=5 ˙ 10^-3 МПа; % погл.=36,6±0,9 мас.%.

П р и м е р 15. Аналогичен примеру 7, но
Р_{очер.вак}=6 ˙ 10^-3 МПа; % погл.=36,2±1,0 мас.%.

П р и м е р 16. Аналогичен примеру 7, но
τ_{кон.вак.}=320 с; % погл=38,8±0,9 мас.%.

П р и м е р 17. Аналогичен примеру 7, но
τ_{кон.вак}=90 с; % погл.= 35,3±0,8 мас.%.

П р и м е р 18. Аналогичен примеру 7, но
τ_{кон.вак}=100 с; % погл.=36,5±0,9 мас.%.

П р и м е р 19. Т_вак=303К, Р_{зад.вак}= =5 · 10^-4 МПа;
τ_{зад.вак}=0,7 с; Р_{очер.вак}=10^-3 МПа;
τ_{очер.вак}=15 с; n_пров=4;
τ_{атм.выд.}=50 с; Р_{кон.вак}=10^-3 МПа;
τ_{кон.вак}=300 с; величина атмосферного давления при проведении вакуумирования
Р_атм=0,1002 МПа; % погл.=42,4±0,9 мас.%.

П р и м е р 20. Аналогичен примеру 19, но определение % погл. проводилось после 2 ч выдерживания активированной воды на воздухе в открытом стакане; % погл.=26,9±0,8 мас.%.

П р и м е р 21. Аналогичен примеру 19, но определение % погл. проводилось после 12 ч хранения активированной воды в герметично закрытом сосуде; % погл=28,5±0,9 мас.%.

П р и м е р 22. Аналогичен примеру 19, но
Р_атм=0,0992 МПа; % погл=42,2±1,1 мас.%.

П р и м е р 23. Т_вак=303К; Р_{зад.вак}=5 ·10^-5 МПа;
τ_{зад.вак}=5,5 с; Р_{очер.вак}=10^-3 МПа;
τ_{очер.вак}=15 с; n_пров=4;
τ_{атм.выд}=50 с; Р_{кон.вак}=10^-3 МПа;
τ_{кон.вак}=300 с; % погл.=36,6± 0,8 мас.%.

П р и м е р 24. Аналогичен примеру 23, но
τ_{зад.вак}=60 с; % погл=35,8±1,1 мас.%.

П р и м е р 25. Аналогичен примеру 19, но
Р_{зад.вак.}=10^-2 МПа; % погл=36,7±1,0 мас.%
П р и м е р 26. Аналогичен примеру 19, но
Р_{зад.вак}=1,1 ˙ 10^-2 МПа; % погл=36,2±0,9 мас.%.

П р и м е р 27. Аналогично примеру 7, но
τ_{атм.выд.}=3 с; % погл=29,6±0,9 мас.%.

П р и м е р 28. Аналогично примеру 7, но
τ_{атм.выд}=5 с; % погл=36,7±0,8 мас.%.

П р и м е р 29. Аналогично примеру 7, но
τ_{атм.выд}=10² с; % погл=39,4±0,9 мас.%.

П р и м е р 30. Аналогичен примеру 7, но
τ_{атм.выд}=1,2±10² с; % погл=39,6 ±0,8 мас.%.

П р и м е р 31. Аналогичен примеру 7, но
Р_{кон.вак}=5±10^-3 МПа; % погл.=36,7 ±0,8 мас.%.

П р и м е р 32. Аналогичен примеру 7, но
Р_{кон.вак}=6 ·10^-3 МПА; % погл=35,9 ±0,9 мас.%.

Влияние условий обработки воды предлагаемым способом на ее активность представлено в табл. 3.

Величины доверительных интервалов при оценке точности определения % поглощения воды для данных, приведенных в табл. 1 и 3, рассчитывались при 8 параллельных определениях в каждом примере и доверительной вероятности Р= 0,95, а данные, приведенные в табл. 2, рассчитывались при числе параллельных определений, равном 64, и доверительной вероятности Р=0,95.

Из сравнения данных табл. 2 для воды различных видов следует, что по ряду свойств активированная вода существенно отличается от неактивированной и по таким показателям, как относительная скорость разложения пероксида водорода каталазой листьев яблони в присутствии воды данного вида, как поглощение воды живой тканью листа березы, как содержание кислорода в воде после 0,25 ч насыщения воды барботированием газа, как смачиваемость поверхности кварца водой данного вида, которые служат показателями химической и физической активности, вода, обработанная предлагаемым способом, имеет заметно более высокие показатели по сравнению с контрольной водой.

Предлагаемый способ не требует специального оборудования и может быть осуществлен с помощью известной лабораторной или производственной вакуумной техники.

Использование: сельское хозяйство, растениеводство. Сущность изобретения: воду подвергают обработке вакуумированием. Вакуумирование осуществляют последовательным понижением давления от атмосферного до 10^-5-10^-2 МПа в течение 10^-1-5,5 и до 8·10^-4-5·10^-3 МПа в течение 8 - 30 с, сбрасывают вакуум до атмосферного давления и выдерживают воду в контакте с атмосферой в течение 5-10²c . Процесс последовательного вакуумирования и выдерживания воды в контакте с атмосферой осуществляют периодически 2 - 5 раз, после чего проводят конечное вакуумирование воды при давлении 9·10^-4-5·10^-3 МПа в течение 10²-3·10² с. В результате обработки получают активированную воду, которая на 37% лучше поглощается листьями растений, чем необработанная вода. 3 табл.

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОДЫ вакуумированием, отличающийся тем, что, с целью повышения функциональной активности воды, обработку осуществляют последовательно понижением давления над водой от атмосферного до 10^-5 - 10^-2 МПа за 10^-1 - 5,5 с, последующим вакуумированием при 8 · 10^-4 - 5 · 10^-3 МПа в течение 8 - 30 с, сбрасывают вакуум до атмосферного давления и выдерживают воду в контакте с атмосферой в течение 5 - 10² с, причем процесс понижения давления, последующего вакуумирования и выдерживания воды в контакте с атмосферой осуществляют периодически 2 - 5 раз, после заключительной стадии понижения давления над водой проводят стадию конечного вакуумирования воды при давлении 8 · 10^-4 - 5 · 10^-3 МПа в течение 10² - 3 · 10² с.