СПОСОБ АКТИВАЦИИ ВОДЫ ВАКУУМИРОВАНИЕМ Российский патент 1996 года по МПК C02F1/20 

Изобретение относится к способам активации (обработки) воды и может быть использовано в сельском хозяйстве, в частности в растениеводстве (для стимуляции жизнедеятельности и продуктивности растений).

Не исключается также возможность применения активированной воды в животноводстве и pыбоводстве (для повышения привеса бычков, свиней, цыплят и карпов), в производстве бетона (для повышения его прочности и скорости твердения), в теплоэнергетике (для борьбы с накипью в системах отопления), в технологических процессах (при кристаллизации, фильтрации, растворении для повышения производительности аппаратов). Имеются сведения в технической литературе о применении активированной различными физическими методами воды в этих отраслях промышленности и сельского хозяйства и в ряде других.

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 [1]
Недостатком способа является низкая активность воды и необходимость приготовления льда в весенне-летне-осенний сезон.

Известен способ активации воды путем ее кипячения [2]
Недостатком способа является низкая активность воды.

Известен способ активации воды путем обычного вакуумирования на простейшей лабораторной установке [3]
Недостатком способа является низкая активность воды.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому решению является способ обработки (активации) воды вакуумированием, включающий стадии быстрого понижения давления над водой от атмосферного до задаваемого и последующего вакуумирования [4]
Недостатком известного способа является сравнительно низкая активность воды.

Задачей изобретения является повышение эффективности процесса активации (обработки) за счет большего изменения физических свойств воды.

Задача решается тем, что в известном способе активации воды вакуумированием, включающем стадии быстрого понижения давления над водой от атмосферного до задаваемого и последующего вакуумирования, после проведения стадии последующего вакуумирования сбрасывают вакуум до атмосферного давления, выдерживают активируемую воду в контакте с атмосферой и барботируют воздух через слой активируемой воды в течение 1-58 с со скоростью 10^-8-10^-4 моль·с^-1 на каждый 10^-4 м² площади основания вертикального столба воды, при этом вышеуказанный процесс активации воды осуществляют последовательно неоднократно и периодически, проводя стадию конечного вакуумирования после заключительной стадии быстрого понижения давления над водой.

Эффект повышения активности воды за счет барботирования воздуха через слой активируемой воды при каждом промежуточном контакте с атмосферой обусловлен тем, что при каждом очередном быстром понижении давления из воды выделяется больше пузырьков газов и паров, которые производят гораздо большие изменения в структуре воды, а значит и больше изменяют физические свойства воды. Эти изменения в структуре воды и вызывают повышение активности воды по рассматриваемому показателю.

Быстрое понижение давления над активируемой водой от атмосферного до задаваемого осуществляют с помощью вакуумируемого ресивера, в котором перед подключением его к сосуду с водой, создается вакуум более высокий, 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 осуществляют с помощью трехходового крана или электромагнитного клапана и первоначального быстрого понижения давления над водой до задаваемой величины, проводят последующее вакуумирование, сбрасывание вакуума до атмосферного давления, выдерживание активируемой воды в контакте с атмосферой и при этом через слой воды барботируют воздух. Весь этот цикл повторяют несколько раз и после последнего быстрого понижения давления над водой осуществляют стадию конечного вакуумирования.

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_рес) перед подключением его к сосуду с водой рассчитывалась с учетом объема ресивера (V_рес.), суммарного объема воздуха в сосуде над водой и в соединенном с ним участке вакуумпровода (V₂), величины атмосферного давления (Р_атм) в этом объеме перед вакуумированием и, наконец, величины задаваемого в объеме всей системы подключением сосуда с водой остаточного давления (Р_вак) на основании того, что величина Р_вакявляется аддитивной и связана с другими рассматриваемыми здесь величинами соотношением
Р_вак=(Р_рес•V_рес+Р_атм •V₂/(V_рес+V₂) (1)
Время каждого понижения давления над водой от атмосферного до задаваемого ( τ_{скор.вак.}) составляет во всех опытах 0,7 с. Задаваемое давление при каждом скоростном понижении его от величины атмосферного до задаваемого Р_вак= 5·10^-4 МПа. Время каждого очередного последующего вакуумирования τ_{посл.вак.}=15 с. Величина давления при каждом очередном последующем вакуумировании Р_{очер.вак.}=10^-3 МПа. Время выдерживания активируемой воды в контакте с атмосферой во время барботирования воздуха через слой воды τ_{атм.выд.ибарб.} составляет 0,7 с; 1 с; 50 с; 58 с и 60 с. Скорость расхода воздуха при каждом очередном барботировании на каждый 10^-4 м² площади основания вертикального столба воды (V_барб) составляет 5·10^-9; 10^-8; 10^-4; 5·10^-4 моль·с^-1. Кратность проведения всего этого процесса n_пров=4. Продолжительность вакуумирования после последнего быстрого понижения давления над водой τ_{кон.вак.}составляет 3·10² с. Остаточное давление при этом Р_{кон.вак}=10^-3 МПа. Температура воды перед активированием Т_вак составляет 283 и 303 К. Величина атмосферного давления (Р_атм) составляет 0,1003 ±0,0003 МПа и 0,0992 ±0,0001 МПа.

Интервал значений τ_{атм.выд.ибарб.} от 1 до 58 с обусловлен тем, что при τ_{атм.выд.ибарб.} менее 1 с активация воды резко уменьшается, а при τ_{атм.выд.ибарб.} свыше 58 с дальнейшего повышения активации воды не происходит.

Интервал скорости расхода воздуха при барботировании в момент контакта воды с атмосферой v_барб от 10^-8 до 10^-4 моль·с^-1 обусловлен тем, что при v_барб менее 10^-8 моль·с^-1 заметного повышения активации воды не происходит, а при v_барб более 10^-4 моль·c^-1 дальнейшего повышения активации воды не происходит.

Подробная последовательность операций при проведении активации воды в условиях примера 1 следующая.

1. Наливают воду при 303 К до установленной отметки в стеклянный сосуд, который с помощью пробки герметично соединяют с ресивером и системой вакуумных насосов.

2. Создают в вакуумируемом ресивере перед подключением его к сосуду с водой остаточное давление Р_рес, равное 10^-7 МПа.

3. Быстрым поворотом трехходового крана создают сообщение между сосудом с водой и ресивером. Время от появления минимального просвета на пути движения газов и паров в кране до максимального при постоянной угловой скорости поворота (т.е. τ_{зад.вак.} составляет 0,7 с. Давление в стеклянном сосуде над водой, ранее равное атмосферному (Р_атм=0,1003-0,0003 МПа), и давление в ресивере (Р_рес), ранее равное 10^-7 МПа, практически мгновенно усредняется и становится равным задаваемому (Р_вак.=5· 10^-4 МПа).

4. Далее устанавливают величину остаточного давления в системе Р_{очер.вак.}=10^-3 МПа и вакуумируют воду в течение 15 с ( τ_{очер.вак.}).

5. Сбрасывают вакуум над активируемой водой, вынимают герметизирующую пробку и, выдерживая воду в контакте с атмосферой, осуществляют барботирование воздуха через слой воды в течение 50 с ( τ_{атм.выд.ибарб.}). Расход воздуха составляет 10^-4 моль·с^-1 на каждый 10^-4м² площади основания вертикального столба воды (V_барб.). Тем временем в вакуумируемом ресивере с помощью системы вакуумных насосов вновь создается остаточное давление Р_рес.=10^-7 МПа.

6. Сразу после сброса вакуума перед барботированием воздуха доливают сосуд с активируемой водой до первоначальной отметки водой, которая была активирована в таких же условиях в предварительных предыдущих опытах и сохранялась в течение 0,5-1 ч в герметично закрытых сосудах. За счет этого поддерживается постоянный объем газов и паров в стеклянном сосуде перед каждым очередным быстрым понижением давления за 0,7 с. Для практических целей там, где не требуется большая точность эксперимента, можно доливать перед барботированием воздуха не активированную воду. Воссоздание первоначальных условий позволяет обнаружить влияние на повышение активности воды именно процесса барботирования воздуха.

7. После выдерживания активируемой воды в контакте с атмосферой с одновременным барботированием воздуха ( τ_{атм.выд.ибарб.}) в течение 50 с, подсоединяют с помощью герметизирующей пробки сосуд с водой к вакуумной системе и вновь повторяют операции, указанные в пунктах 2-7 в той же последовательности, пока число быстрых понижений давления над водой n_пров. не станет равным 4, а число промежуточных выдерживаний активируемой воды в контакте с атмосферой при одновременном барботировании воздуха через слой воды не станет равно 3.

8. После последнего (четвертого) быстрого понижения давления над водой от атмосферного до задаваемого (5· 10^-4 МПа) и последующего вакуумирования при 10^-3 МПа (Р_{очер.вак.}) в течение 15 с (τ_{очер.вак.}) поддерживают давление в системе 10^-3 МПа (Р_{кон.вак.}) в течение 300 с ( τ_{кон.вак.})
9. Сбрасывают давление над активируемой водой до атмосферного, помещают активированную воду в полностью заполняемые склянки, закрываемые притертыми пробками, и проводят определение характеристик воды.

Среды используемых в примере 1 параметров технологического режима такие, как сР_вак.= 5· 10^-4 МПа; τ_{зад.вак.}= 0,7 с; Р_{очер.вак.}=10^-3 МПа; τ_{очер.вак.}= 15 с; τ_{кон.вак.} 3·10² с; Р_{кон.вак} 10^-3 МПа; n_пров.=4, число раз промежуточного периодического выдерживания воды в контакте с атмосферой при одновременном барботировании воздуха, равное 3, учитываются в ограничительной части формулы изобретения. Такие же как τ_{атм.выд.ибарб.}=50 с; V_барб.=10^-4 моль· с^-1 на 10^-4 м² площади основания вертикального столба воды учитываются в отличительной части формулы изобретения.

Для всех примеров описываемого способа используют водопроводную артезианскую воду после выдерживания под открытым небом в течение 5 сут (так как имеются данные о том, что содержание газов в открытых природных водоемах определяется условиями предшествующих 5 сут), нагревают до требуемой температуры воздухом и солнцем и используют для активации; энергия на нагрев воды здесь не расходуется.

Для оценки активности воды используют известную методику, заключающуюся в следующем.

В воду, активированную предлагаемым способом, в неактивированную воду (контрольную) и в воду, активированную известным способом, на 1 ч при открытой крышке бюкса на 5· 10^-5 м³, заполненного испытуемой водой, при 293 К помещают свежесорванный березовый лист и отмечают мас. поглощения воды (% погл.) в расчете на исходную массу листа.

П р и м е р 1. Р_вак.=5· 10^-4 МПа; Т_вак=303 К; τ_{зад.вак.}=0,7 с; Р_{очер.вак.}= 10^-3 МПа; τ_{очер.вак.}= 15 с; n_пров.=4; τ_{атм.выд.ибарб.}=50 с; Р_{кон.вак.}= 10^-3 МПа; τ_{кон.вак.}=3·10²с; Р_атм.=0,1003 ± 0,0003 МПа; число параллельных опытов N=8; V_барб.=10^-4моль· с^-1; погл.49,3 ± 1,1.

П р и м е р 1а. Аналогичен примеру 1, но число параллельных опытов N=64; погл.49,25± 0,51.

П р и м е р 2. Аналогичен примеру 1, но Т_вак.=283 К; погл.25,8 ± 1,4.

П р и м е р 3. Аналогичен примеру 1, но Р_атм. 0,0992 ± 0,0001 МПа; погл. 49,2± 1,0.

П р и м е р 4. Аналогичен примеру 1, но погл. воды проводится после 2 ч выдерживания активированной воды на воздухе в открытом стакане; погл. 25,5 ± 1,6.

П р и м е р 5. Аналогичен примеру 1, но погл. воды проводится после 12 ч хранения ее в герметично закрытом сосуде; погл.30,8± 1,4.

П р и м е р 6. Аналогичен примеру 1, но τ_{атм.выд.ибарб.}= 0,7 с; погл. 42,5± 1,2.

П р и м е р 7. Аналогичен примеру 1, но τ_{атм.выд.ибарб.} 1 с; погл. 42,8± 1,3.

П р и м е р 8. Аналогичен примеру 1, но τ_{атм.выд.ибарб.} 58 с; погл. 49,4± 1,2.

П р и м е р 9. Аналогичен примеру 1, но τ_{атм.выд.ибарб.} 60 с; погл. 49,3± 1,1.

П р и м е р 10. Аналогичен примеру 1, но V_барб.5· 10^-9 моль· с^-1; погл. 42,4 ± 0,8.

П р и м е р 11. Аналогичен примеру 1, но V_барб 10^-8 моль· с^-1; погл. 42,5± 1,3.

П р и м е р 12. Аналогичен примеру 1, но V_барб. 5 ·10^-4 моль· с^-1; погл. 49,3 ± 1,2.

Предлагаемый способ не требует для своего выполнения специальных устройств и может быть осуществлен с помощью известного лабораторного или производственного оборудования.

Использование: в сельском хозяйстве, в частности в растениеводстве. Сущность изобретения: в способе активации воды вакуумированием, включающем стадии быстрого понижения давления над водой от атмосферного до задаваемого и последующего вакуумирования, при каждом промежуточном контакте активируемой воды с атмосферой, через слой последней в течение 1-58 с барботируют воздух со скоростью 10^- 8 - 10^- 4 моль • с^- 1 на каждый 10^- 4 м² площади основания вертикального столба воды.

Способ активации воды вакуумированием, включающий стадии быстрого понижения давления над водой от атмосферного до задаваемого и последующего вакуумирования, отличающийся тем, что после проведения стадии последующего вакуумирования сбрасывают вакуум до атмосферного давления, выдерживают активируемую воду в контакте с атмосферой и барботируют воздух через слой активируемой воды в течение 1 58 с со скоростью 10^- 8 - 10^- 4 моль • с^- 1 на каждый 10^- 4 м² площади основания вертикального столба воды, при этом указанный процесс активации воды осуществляют последовательно, неоднократно и периодически, проводя стадию конечного вакуумирования после заключительной стадии быстрого понижения давления над водой.