КОНДИЦИОНИРОВАННАЯ ПИТЬЕВАЯ ВОДА ВЫСШЕЙ КАТЕГОРИИ КАЧЕСТВА Российский патент 2006 года по МПК C02F1/68 A23L2/54 

Глобальное по масштабам антропогенное загрязнение окружающей среды в XX веке привело к необратимым изменениям климата Земли и, как следствие, к ухудшению здоровья людей. Поэтому в развитых государствах, поддерживающих в своей политике высокий жизненный уровень населения, стратегической задачей в области здравоохранения XXI века является создание реальных производств жизнеобеспечения человека высококачественными экологически чистыми воздухом, водой и продуктами питания.

Изобретение относится к областям: физической химии водных растворов и водоподготовки, более конкретно - к питьевой воде, технике и технологиям ее кондиционирования.

Изобретение может быть использовано в питьевой промышленности для приготовления высококачественных: питьевой воды, напитков и соков, а также в рыбном, сельском и коммунальном хозяйствах - для улучшения, жизнедеятельности биосистем, использующих растворенные формы кислорода.

Конкретно, изобретение находится на стадии внедрения в промышленных производствах, выпускающих бутилированные кислородосодержащие питьевые воды с торговыми марками: "Супервода - O₂", "ОКСИ" и других, имеющих высокую категорию качества по растворенному кислороду и его активным формам, увеличенный срок сохранности во времени высоких концентраций растворенного в воде кислорода (не ниже 9 мг O₂/л H₂O при н.у.).

Критерии, по которым оценивалось качество кондиционированной питьевой воды в 1980-1990 годах были определены ГОСТ 2874-82 [1, 2].

В их состав входили [2, гл.5]:

- микробиологическая загрязненность;

- токсикологический показатель;

- органолептический показатель;

- радиационная безопасность;

- эпидемиологическая безопасность.

Показатели, по которым производился контроль качества питьевой воды [2, гл.5, с.494-512]:

1. Физические:

- температура;

- запах;

- вкус и привкус,

- прозрачность;

- взвешенные вещества;

- цветность.

2. Химические:

- окисляемость;

- минеральные азотосодержащие вещества;

- растворенные в воде газы (CO₂, H₂S, O₂);

- сухой остаток (степень минерализации);

- общая жесткость;

- общая щелочность;

- кальций, магний, натрий, калий;

- микроэлементы (Mn, Pb, Cu, F и другие);

- сульфаты, хлориды, гидрокарбонаты;

- кремневая кислота;

- активная реакция среды (pH);

- коагулируемость, стабильность, хлорируемость.

3. Микробиологические:

- коли-индекс;

- общее микробное число;

- наличие гельминтов.

4. Радиологические:

- наличие "α" и "β" активных веществ в воде.

Каждый из приведенных выше показателей был исследован и определен количественно (см. [2, гл.5, с.494-512]).

Недостатки в качестве кондиционированной питьевой воды [1, 2] для потребителей:

- отсутствие критерия оценки "физиологическая полноценность питьевой воды";

- неопределенность в значениях интервалов количественных показателей: "степень минерализации", "общая щелочность", "ионный состав жизненно важных элементов";

- отсутствие количественного показателя, определяющего минимальное значение растворенного в воде кислорода для кондиционированной питьевой воды высшей категории качества;

- отсутствие показателей, определяющих растворимые в воде активные формы кислорода, водорода и их соединений;

- отсутствие показателей, определяющих сохранность высокого качества питьевой воды во времени.

Указанные выше недостатки частично были устранены в 1995-2000 г.г. в кислородонасыщенных бутилированных питьевых водах [3, 4].

В отличие от технического решения [1, 2], кондиционированная питьевая вода [3, 4] была предварительно опреснена и активирована электролизом с целью разрыхления ее жидкостной структуры. Затем опресненную разрыхленную питьевую воду кондиционировали кислородным газом под давлением с применением известных методов смешивания газа с жидкостью (эжекция, барботаж, абсорбция и другие). Насыщенную кислородом питьевую воду под давлением разливали в пластиковые или стеклянные бутыли и закупоривали герметично пробками. Для достижения высоких концентраций кислорода питьевая вода содержала количество солей на уровне их концентраций в дистиллированной воде.

Согласно данным исследования [3, 4] физиологическая полноценность бутилированной кислородонасыщенной питьевой воды заключалась в следующем:

1. Вода снимала усталость и утомляемость организма человека при повышенных нагрузках;

2. Вода улучшала работу систем водно-солевого баланса, кровообращения, дыхания, пищеварения;

3. Вода утоляла жажду при нагрузках и высоких температурах окружающей среды.

Основные недостатки в качестве кондиционированной кислородонасыщенной питьевой воды [3, 4]:

- низкое солесодержание;

- отсутствие экологической безопасности примененных физико - химических методов кондиционирования питьевой воды кислородом (воздействие на воду электрического поля, продуктов электролиза, продуктов электрохимической коррозии электродов и другие);

- падение концентрации растворенного в воде кислорода, как в герметичных, так и разгерметизированных емкостях во время хранения питьевой воды;

- отсутствие показателей, определяющих растворимые в воде активные формы кислорода, водорода и их соединений;

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является кондиционированная питьевая вода, критерии и параметры которой определены в 2002 году СаНПиН 2.1.4.1116-02 [5].

Параметры высококачественной питьевой воды [5] регламентируются как с точки зрения вкусовых характеристик, так и с точки зрения воздействия воды на организм человека (см. Методические указания МУ 2.1.4.1184-03).

В СаНПиН 2.1.4.1116-02 впервые введен критерий качества кондиционированной питьевой воды "физиологическая полноценность", который определяет не отметку параметра "не более", как в ГОСТ 2874-82, а интервал концентраций жизненно важного природного элемента или соединений, благоприятно воздействующих на организм человека.

Жизненно важным для организма человека при кондиционировании воды высокого питьевого качества определены:

- общая минерализация100-1000 мг/л- жесткость1,5-7,0 мг - экв /л- щелочность0,5-6,5 мг - экв /л- содержание ионов Na⁺20-200 мг/л- содержание ионов K⁺2-20 мг/л- удержание ионов Са²⁺25-130 мг/л- содержание ионов Mg²⁺5-50 мг/л- содержание ионов НСО₃^-30-400 мг/л- содержание ионов F^-0,5-1,5 мг/л- содержание ионов I^-0,01-0,125 мг/л- pH6,5-8,5- растворенный в воде кислород: I категории качества5 мг О₂/л H₂O при н.у.Высшая категория качества9 мг O₂/л H₂O при н.у

Кондиционированная питьевая вода [5] содержит минимальное (по отношению к известным техническим решениям) количество микроорганизмов и "α", "β" активных радионуклидов (включая радон).

Она разливается в стерилизованные бутыли, так же как кондиционированная питьевая вода [3, 4].

В отличие от технического решения [3, 4] кондиционированная питьевая вода [5] разливается в бутыли и герметизируется под атмосферным давлением, содержит от 100 до 1000 мг/л минеральных веществ, имеет сбалансированный ионный состав, pH, кислородно-газовый состав, благоприятно воздействующий на организм человека.

Концентрация растворенного кислорода в кондиционированной питьевой воде [5] высшей категории качества соответствует предельному насыщению воды кислородом воздуха - 9,0±0,1 мг O₂/л H₂O при 20°С и атмосферном давлении.

Основные недостатки в качестве кондиционированной питьевой воды [5]:

- низкое качество по активным формам кислорода, водорода и их соединений и, как следствие, невозможность получения при нормальных условиях перенасыщенного кислородом состояния питьевой воды;

- невозможность сохранения во времени для бутилированной питьевой воды высшей категории качества параметра "растворенный в воде кислород с концентрацией 9 мг O₂/л H₂O" при нормальных условиях розлива и хранения воды;

- отсутствие показателей определяющих растворенные в кондиционированной питьевой воде активные формы кислорода, водорода и их соединений.

Целью поставленной заявки технической задачи является:

- повышение качества кондиционированной питьевой воды, отвечающей требованиям СаНПиН 2.1.4.1116-02, по жизненно необходимым для организма человека нейтральным и активным (энергообогащенным) формам кислорода, водорода и их соединений;

- увеличение срока сохранности концентрации растворенного в бутилированной питьевой воде кислорода, отвечающей высшей категории качества (не ниже 9 мг O₂/л H₂O при н.у.).

Решение поставленной в заявке технической задачи достигается за счет синтезированных химотронной плазмой в кислородосодержащей парогазовой смеси H₂O₂+O₂ водно-кислородных комплексов [(O₄ ^4-)·4H₃O+]·nH₂O, позволяющих при смешивании в нормальных условиях парогазовой смеси с исходной питьевой водой получить пересыщенную кислородом экологически чистую для организма человека питьевую воду высшей категории качества.

Возможность использования химотронной плазмы и кислородосодержащей парогазовой смеси H₂O₂+O₂ [6] для достижения технического результата поставленной выше задачи основывается на теории биполярного плазменного электрода [6, 7]. Проведенное нами дальнейшее развитие теории [6, 7] показывает, что при потенциалах в плазмохимотроне от 140 до 220 В в химотронной плазме возможно образование активированных плазмой комплексных газожидкостных соединений кислорода, водорода и воды, которые должны быть устойчивы вне плазмы. Их построение определяет физико-химическая реакция биполярных кластерных комплексов, формирующих химотронную плазму (см. уравнение 7 патента [6]) с растворенным в водном растворе электролитом, активированным плазмой кислородным газом.

где: - биполярный кластерный комплекс химотронной плазмы [6];

O_{2 (гж)}* - растворенный в водном растворе электролита кислородный газ;

Н_г ⁺→(H⁺·H₂O)→(H₃O)⁺ - гидратированный протон (ион гидроксония);

е^- _г→(е^- _хп·H₂O) - гидратированный электрон;

Е _хп и Q_фх - соответственно энергия химотронной плазмы и энергия физико-химической реакции, определенная уравнением (1);

индексы (*) и (#) - относятся к активированному химотронной плазмой веществу соответственно в пленке (слое) плазмы и выходящего из пленки химотронной плазмы в парогазовую смесь H₂O₂+O₂.

Водно-кислородный комплекс [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺]·10Н₂O^#, сформированный неоднородным электрическим полем в пленке химотронной плазмы, равновероятно выделяется из химотронной плазмы как в парогазовую смесь H₂O₂+O₂, так и в кислородонасыщенный водный раствор электролита, циркулирующий в плазмохимотроне.

Анализ уравнения (1) показывает, что кислородосодержащее ядро газожидкостного комплекса должно образовываться в химотронной плазме при физико-химическом взаимодействии четырех атомов кислородосодержащего газа, насыщенного электронами плазмы:

Насыщенные электронами четыре атома кислорода (4O^-) способны формировать дополнительные химические связи и образовывать в плазме объемное атомно-молекулярное соединение, имеющее структурную формулу O₄ ^4- (см. фиг.1, поз.1).

Силами атомно-молекулярного взаимодействия четыре иона гидроксония связаны как с ядром комплекса, так и с десятью молекулами активированной химотронной плазмой химически чистой воды (10 H₂O^#). Они образуют вокруг ядра комплекса предельно энергонасыщенную водно-гидратную оболочку (см. фиг.1, поз.2).

Водно-гидратная оболочка определяет устойчивость ядра биполярного газожидкостного комплекса [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺] в окружающей среде (в химотронной плазме, парогазовой смеси и водных растворах электролитов).

Фигурой 1 (поз.2, поз.3, поз.4) схематично представлено построение устойчивых водно-гидратных оболочек биполярных газожидкостных комплексов соответственно в пленке химотронной плазмы, парогазовой смеси H₂O₂+O₂ [6] и в жидкой питьевой воде.

Поскольку энергия активированного состояния компонентов газожидкостного комплекса [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺]·10H₂O^# известна и равна соответственно:

ε(2O₂-4O^·)=2·5,12 эВ=10,24 эВ [8, с.37];

ε(4H₃O⁺)=4·4,77 эВ=19,08 эВ [9, с.56];

ε(4е^- _хп)≈ε(4Н⁺ _г)≈ε(HO₂→Н⁺+O₂ ^-)≈4·11,5 эВ=46,0 эВ [9, с.56; 10,

табл. ионизации HO₂],

то дополнительная энергия, переданная химотронной плазмой молекулам химически чистой воды может быть определена количественно двумя независимыми методами:

1. Спектроскопическим (из условия спонтанного появления и устойчивого существования в кислородонасыщенном водном растворе электролита, циркулирующего в плазмотроне, химотронной плазмы):

где ε_(в) и ε_(cp) - соответственно энергия активации водородосодержащего катодного газа и кислородонасыщенного водного раствора электролита, циркулирующего в плазмохимотроне, необходимые для зажигания и устойчивого существования на межфазной границе "газ - жидкость" химотронной плазмы;

Е(λ_заж=667±2 нм) - энергия квантов монохроматического розового света, излучаемого химотронной плазмой, при ее спонтанном появлении на межфазной границе: водородсодержащий катодный газ - кислородонасыщенный раствор электролита.

2. Расчетным (на основе структурной формулы газожидкостного комплекса [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺]·10 H₂O^# выходящего из пленки химотронной плазмы (см. фиг.1, поз.2):

Результаты значений ε в уравнениях (2), (3) позволяют с точностью ±5% оценить энергию водной гидратной оболочки газожидкостного комплекса или, иными словами, энергию гидратации ядра комплексного кислородосодержащего соединения [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺]:

Энергия гидратации ядра комплексного кислородосодержащего соединения [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺] соответствует энергии гидратации двухзарядных ионов Са²⁺, Cu²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺ и других, определяющих энергообменные процессы в живых клетках.

Данные об энергии гидратации биполярного водно-кислородного комплекса [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺]·10H₂O^# и об энергии водяного пара в критической точке воды (Р=225 атм, t=373°С, ρ_конд=ρ_пара=0,323 г/см ³, см. фиг.1, поз.3) позволяют с точностью ±3% определить количество активированных (энергообогащенных) ядром комплекса [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺] молекул воды в парогазовой смеси H₂O₂+O₂ (см. фиг.1, поз.3) в критической "газожидкостной" для паров воды точке:

где: - энергосодержание (удельная энтальпия) 1 моля паров

(конденсата) воды в критической точке воды, равное:

2100 кДж/моль; 55,56 моль/кг=37,8 кДж/моль (0,39 эВ).

Определенный выше состав биполярного газожидкостного ядра водно-кислородного комплекса, данные о плотности водяного пара [11, с.523-524] позволяют также определить предельную концентрацию активного кислорода водно-кислородных комплексов в парогдзовой смеси H₂O₂+O₂ в критической точке воды:

где: и - соответственно максимально возможная концентрация кислорода водно-кислородных комплексов в парогазовой смеси и плотность водяного пара в критической точке воды, равная плотности конденсата;

m(2O₂)*=m(4O^·)=64 г O₂;

m(4Н^·)=4 г;

Рассчитанное по данным [11, с.523-524] значение ε H₂O во всем диапазоне температуры и давления водяного пара показывает, что

а значение ρ H₂O=Var. Иными словами, предельный размер и вес в парогазовой смеси H₂O₂+O₂ газожидкостных микрокапель пара, содержащих активный кислород и водород, с точностью, не превышающей ±15%, можно определить, используя формулу расчета предельно кислородонасыщенных водно-кислородных комплексов [(O₄ ^4-)·4H₃O+]·46 H₂O в критической "газожидкостной" точке воды.

На основании сказанного следует, что в интервале температур парогазовой смеси H₂O₂+O₂ от 70°С до 98°С, с учетом, что , концентрация активного кислорода водно-кислородных комплексов в парогазовой смеси равна:

где: и - соответственно плотность пара при t=98°С и t=70°С [11, с.523-524].

Температура парогазовой смеси H₂O₂+O₂ 98°С, равная температуре кипения водного раствора электролита в плазмохимотроне при атмосферном давлении, является предельной. Она ниже на 2°С температуры кипения чистой воды и является также предельной температурой парогазожидкостной смеси, выходящей из плазмохимотрона, при нормальных условиях.

Температура парогазовой смеси 70°±10°С (С(O₂)≈20±10 мг O₂/л) является наиболее экологически безопасной, т.к. обеспечивает минимальный унос паров щелочи (кислоты) из подщелоченной или подкисленной воды плазмохимотронного парогазового блока системы кондиционирования питьевой воды нейтральными и активными формами кислорода и водорода.

Для водных растворов электролитов на основании экспериментальных данных об энергии реакции синтеза молекул жидкой воды (Н₄O₂) из анионов (ОН^-) и катионов (H₃O⁺) сильных оснований и сильных кислот:

в критической точке ионно-нейтрального состояния жидкой воды:

Адекватное значение получено при рассмотрении физико-химического процесса синтеза ассоциированной молекулы жидкой воды из двух молекул водяного пара:

где: - энергия водородной связи ассоциированных молекул жидкой воды, обусловленная взаимодействием межмолекулярных сил Ван-дер-Ваальса [12, с.104].

На основании уравнения (6) значение для биполярных газожидкостных ядер в водных растворах электролитов (см. фиг.1, поз.4) определяется величиной:

Из анализа уравнений (5) и (7) следует, что растворимость газожидкостных водно-кислородных комплексов в водных растворах электролитов увеличивается по отношению к парогазовой смеси:

где: - максимально возможная концентрация активного кислорода водно-кислородных комплексов в водных растворах электролитов,

- плотность жидкой воды

В отличие от парогазовой смеси H₂O₂+O₂, для водного раствора

электролита а значение ε Н₄O₂=Var. В этих условиях газожидкостное ядро водно-кислородного комплекса взаимодействует с молекулами воды на ионно-молекулярном уровне за счет сил электромагнитного поля спонтанно возникающего между биполярно заряженным ядром [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺] комплекса и диполями ассоциированных молекул жидкой воды [12, с.104].

Водную оболочку ядра [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺] в водном растворе электролита можно представить как "водный домен" активированных через магнитную составляющую электромагнитного поля ядра комплекса ассоциированных молекул жидкой воды, граница которого в объеме водного раствора электролита ограничена минимальной энергией диполь-дипольного взаимодействия сил Ван-дер-Ваальса между молекулами воды [12, с.318].

На основании сказанного выше, n* Н₄O₂ (см. фиг.1, поз.4) и, как следствие, концентрация кислорода водно-кислородных комплексов в водном растворе электролита, оцениваются значениями:

где: - минимальная энергия межмолекулярного взаимодействия сил Ван-дер-Ваальса [12, с.318].

Так как n* Н₄O₂˜45000, рассчитанная через , то для интервала температур парогазовой смеси H₂O₂+O₂ 70°±10°С, примененном в заявленном техническом решении, значение n H₂O для водно-кислородных комплексов [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺]·nH₂O оценивается величиной 40000±20000.

n H₂O=40000±20000 соответствует определяющую уровень пересыщения питьевой воды кислородом парогазовой смеси H₂O₂+O₂ при их смешивании равный 20±10 мг O₂/л.

Помимо биполярных ядер [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺] в химотронной плазме при энергетических потенциалах в плазмохимотроне, превышающих 2Еτ°=112,5 эВ возможен также синтез таутомерных водно-кислородных комплексов "Супервода - O₂" 2(Н₁₀O₈)* [7, 13], содержащих как активный кислород (O₄)*, так и активный водород (4Н^·)^#, находящийся в предельном энергонасыщенном ионно-атомном (таутомерном) состоянии:

где: Еτ°=1,3601·10^-18 Дж (56,25 эВ) и Vτ°=1,3601·10 ¹⁶ Гц -

фундаментальные постоянные нулевого квантово-механического уровня [(n=±1; 0; 1); 0; (n*=1; 0; ±1)] построения вещества и среды [13];

(Н₄O₄)* - кластерный пероксид водорода, синтезированный

в химотронной плазме [6],

2(Н₁₀O₈)*↔[2(Н₄O₄)*-(4Н^·)^#-2(O₄Н₄)*],

(4H^·)^# - ионно-атомный (таутомерный) водород формирующий ядро таутомерного комплекса 2(Н₁₀O₈)*,

е^- - электрон, e⁺ - позитрон, p⁺ - протон, р^- - антипротон,

е^-  _г и е⁺ _г - соответственно гидратированные электрон и позитрон;

р⁺ _г и р^- _г - соответственно гидратированные протон и антипротон.

Так же как пероксид водорода (H₂O₂) является окисленной кислородом, энергообогащенной формой воды (H₂O), таутомерный газожидкостной комплекс "Супервода - O₂" 2(Н₁₀O₈)* является окисленной кислородом и энергообогащенной химотронной плазмой формой газожидкостного ядра кластерной кислородопересыщенной воды [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺]·nH₂O.

В отличие от известных таутомеров [14, с.51] предельно энергонасыщенное таутомерное вещество 2(Н₁₀O₈)* имеет физико-химическое соединение его элементов с одной и той же мерой энергии, у массы и величины заряда, состоящие из частиц вещества и антивещества (см. уравнение 9)

При времени контакта антивещества с веществом соизмеримым (или меньшим) времени пребывания элементарных частиц (е^-, е⁺, р⁺, р^-) на нулевом квантово-механическом уровне (τ≤1/Vτ°≈7,4·10^-17 секунды) аннигиляция антивещества в веществе не происходит.

Теория гидролиза таутомерных комплексов 2(Н₁₀O₈)* в водных растворах электролитов отсутствует. Можно предположить, что наиболее вероятен механизм гидролиза 2(Н₁₀O₈)* в присутствии многозарядных ионов Si⁴⁺, С⁴⁺ и других с энергией гидратации соизмеримой с Еτ°:

где: Q_hv≤4,5 эВ - энергия излучения при распаде кластерного пероксида водорода (Н₄O₄)→(Н₄O₂+O₂↑+Q_hv) в водном растворе электролита (см. патент [6]).

Теория расчета концентрации активных форм кислорода и водорода, кластерного пероксида водорода H₄O₄, входящей в состав водно-кислородных комплексов [(O₄ ^4-)·4H₃O+]·nH₂O, отсутствует. Поэтому диапазон концентраций активных форм кислорода и водорода (Н₄O₄)* в пересыщенной кислородом питьевой воде можно определить только экспериментально с применением методов анализа фотохимических или биофотохимических реакций взаимодействия комплексов с ионными компонентами водного раствора электролита (питьевой воды).

Из анализа рассмотренных выше теорий следует, что при смешивании парогазовой смеси [6], содержащей водно-кислородные комплексы, с кондиционированной питьевой водой должно происходить пересыщение питьевой воды растворимым кислородом по отношению к типовым методам насыщения (˜ на 10÷40 мг O₂/л H₂O) и появление аномальных физико - химических свойств в кондиционируемой питьевой воде.

Для экспериментального подтверждения предсказанных теорией аномальных физико-химических свойств парогазовой смеси [6], используемой в заявленном техническом решении, нами была разработана документация и создана опытно-промышленная установка, принципиальная схема которой представлена фигурой 2.

Установка состояла из двух систем: "Системы очистки и обеззараживания артезианской воды до уровня отвечающего питьевой воде СаНПиН 2.1.4.1116-02" и "Система кондиционирования очищенной и обеззараженной артезианской воды кислородосодержащими смесями", взаимосвязанных гидравлическим трубопроводом с очищенной и обеззараженной артезианской воды -2- (см. фиг.2).

Типовая система очистки и обеззараживания артезианской воды включала:

трубопровод подачи артезианской воды -1-; теплообменник поз.1, фильтр грубой очистки поз.2; фильтр тонкой очистки поз.3; аппарат ультрафиолетового обеззараживания воды поз.4; трубопровод очищенной и обеззараженной воды -2-; шаровый кран с наконечником поз.5; приемную, сменную емкость E₁ поз.6 с крышкой для герметизации емкости поз.7; приборы контроля (при фиксированной температуре, t) концентрации растворенного в воде кислорода (С О₂) и pH воды поз.8.

Соответствие качества очистки и обеззараживания артезианской воды требованиям питьевой воды СаНПиН 2.1.4.1116-02 было подтверждено полным химическим анализом питьевой воды, проведенным Центром испытаний питьевой воды г.Краснодара,

Опытно - промышленная система кондиционирования питьевой воды кислородосодержащими смесями (кислородным газом) состояла из жидкостного и газового (парогазового) блоков взаимосвязанных в технологической схеме установки узлом эжекторов из поз.16 (см. фиг.2), в котором происходило смешивание кислородсодержащей газовой (парогазовой) смеси с кондиционируемой питьевой водой.

Жидкостной блок системы включал: регулятор расхода кондиционируемой питьевой воды поз.9; трубопровод подачи кондиционируемой питьевой воды -2- в циркуляционно - проточный гидравлический контур, образованный трубопроводом -3-; химостойкой емкостью Ео поз.10; химостойким насосом поз.12; теплообменником поз.14; датчиком расхода поз.15; узлом эжекторов поз.16; шаровым краном с наконечником поз.18;. сменную емкость E₁* поз.19 с крышкой для герметизации поз.7; приборы контроля концентрации растворенного в воде кислорода и pH воды (лабораторные кислородомер АЖА - 101 и pH - метр pH - 420) поз.8.

Емкость Ео, входящая в состав гидравлического контура жидкостного блока системы (см. фиг.2) дополнительно была оснащена в верхней части:

трубопроводом -4- для вывода отработанного кислородсодержащего газа (парогазовой смеси H₂O₂+O₂) из емкости Ео в атмосферу, трубопровод -5- с шаровым краном поз.20 для ввода жидкого реагента (использовался для исследования влияния на процесс кондиционирования питьевой воды кислородом водного раствора H₂O₂); в нижней части: трубопроводом -6-, соединяющим датчик уровня (объема) питьевой воды поз.21 с порционно - проточным датчиком кислорода поз.22, подсоединенного к промышленному прибору АЖА - 101 М (порционную подачу воды через датчик поз.22 обеспечивал клапан поз.23).

Газовый (парогазовый) блок системы кондиционирования питьевой воды включал: узел подготовки кислородосодержащего газа поз.24 (в состав узла входили типовые: воздуходувка, фильтр и озонатор воздуха, баллон сжатого кислородного газа с редуктором, вентиль регулировки расхода газа с ротаметром, на фиг.2 не показаны); трубопровод подачи кислородосодержащего газа -7-, соединенный с трехходовым краном поз.26; узел подготовки парогазовой смеси [6] поз.25 (в состав плазмохимотронного узла входили: емкость с водным раствором электролита, датчик уровня (объема) раствора электролита в емкости, вентиль, регулирующий расход электролита в плазмохимотронном аппарате, жидкостной ротаметр, баллон сжатого кислородного газа с редуктором, вентиль регулировки расхода газа с ротаметром, плазмохимотронный аппарат с пультом управления, парогазожидкостной сепаратор, на фиг.2 не показаны); трубопровод подачи парогазовой смеси -8-, соединенный с трехходовым краном поз.26; трубопровод - 7, 8 - соединяющий узел эжекторов поз.16 циркуляционно-проточного гидравлического контура системы с трехходовым краном поз.26, шаровой кран поз.27, датчик давления в газовом (парогазовом) трубопроводе поз.28 (мановакуометр), датчик температуры в газовом (парогазовом) трубопроводе поз.29 (с исполнительным цифровым показывающим прибором), индикатор расхода газовой (парогазовой) смеси поз.30, шаровый кран поз.31 трубопровод -9- с шаровым краном поз.32, соединяющий газовый (парогазовый) трубопровод -7, 8- с атмосферой.

Исследование процесса кондиционирования питьевой воды на опытно-промышленной установке и экспериментальную проверку физико-химический свойств парогазовой смеси H₂O₂+O₂ [6] проводили в следующей последовательности:

1. Заполняли в течение 5-6 минут емкость Ео в количестве V H₂O=200±4 литра питьевой воды из трубопровода -2-, открыв регулятор расхода поз.9.

2. Предварительно выставляли:

- расход кондиционируемой воды в циркуляционно-проточном гидравлическом контуре жидкостного блока химостойким насосом поз.12 и регулирующими вентилями поз.11, поз.13, поз.17 на уровне G H₂O=1500±30 л/час (давление питьевой воды в напорной части контура Р H₂O=15,0±0,15 м вод. столба);

- разряжение в смесительной камере эжекторов поз.16 на уровне ΔР H₂O=0,90±0,15 м вод. столба при давлении питьевой воды в напорной части контура 15,0±0,15 м вод. столба.

3. Включали систему кондиционирования питьевой воды опытно-промышленной установки (в следующей последовательности)

- газовый блок с заданным расходом кислородосодержащей газовой (парогазовой) смеси при закрытом шаровом кране поз.31 и открытом кране поз.32 (без подачи газа в жидкостной блок);

- жидкостной блок с расходом кондиционируемой питьевой воды в трубопроводе -3- циркуляционно-проточного гидравлического контура 1500±30 л/час;

- после включения жидкостного блока с интервалом времени не более 5-10 секунд открывали кран поз.31 и закрывали кран поз.32 (см. фиг.2), направляя поток кислородосодержащей газовой (парогазовой) смеси в узел эжекторов поз.16, где происходило смешивание газовой (парогазовой) смеси с кондиционируемой питьевой водой.

4. Снимали экспериментальные данные:

- насыщения кондиционируемой питьевой воды в циркуляционно-проточном гидравлическом контуре установки кислородом (включая формы кислорода и водорода активированные химотронной плазмой);

- по физико-химическим свойствам кондиционированной питьевой воды и исходной (контрольной), разлитых в опытно-промышленной установке в бутыли E₁* и E₁ через краны поз.18 и поз.5 трубопроводов -3- и -2- и загерметизированных пробками поз.7.

С учетом времени, затраченного на получение и розлив экспериментальной партии кондиционированной и исходной питьевой воды, не превышающего 50±10 минут, точность определения данных, снятых на установке, составила:

ΔpH H₂O=±0,25 ед; ΔC O₂=±0, 5 мг O₂/л H₂O; ΔG H₂O=±2%; Δt H₂O=±1°С (поддерживали включением теплообменников поз.1 и поз.14 см. фиг.2);

ΔG газа =±6%; Δt газа =±3%; (где ΔG - изменение в показаниях, расхода, Δt газа - изменения в показаниях температуры).

На основании данных [2, 9, 15] максимально возможный уровень насыщения дистиллированной воды растворенным кислородом, полученный с применением типовых методов смешивания газа с жидкостью, известен и зависит непосредственно от парциального давления свободного кислорода (Ро₂) в кислородосодержащей газовой смеси [15, с.154, см. законы Генри-Дальтона].

Для воздуха при нормальных условиях (20°С и атмосферном давлении) - 9,0±0,1 мг O₂/л H₂O, для кислородного газа 44±1 мг O₂/л H₂O.

Для парогазовой смеси H₂O₂+O₂ [6] такие данные отсутствуют.

Поэтому нами были проведены при нормальных условиях (атмосферном давлении и температуре 21±1°С) комплексные исследования процессов насыщения питьевой воды с фиксированным содержанием растворенного кислорода (С O₂=2,0±0,5 мг O₂/л H₂O) кислородосодержащими газовыми (парогазовыми) смесями:

1. Воздух (содержание кислорода Р O₂≈21 объемных %);

2. Смесь (воздух + озон, Р О₂=21%, С О₃≈20-30 мг О₃/ л-воздуха):

3. Смесь (воздух + кислородный газ, Р O₂≈40%);

4. Смесь (воздух + кислородный газ, Р O₂≈60%);

5. Кислородный газ (Р O₂≈100%);

6. Парогазовая смесь [6] 1: 1 (получена при температуре 75±5°С и соотношении массового расхода кислородного газа к расходу химически чистой воды раствора электролита, циркулирующего в плазмохимотронном узле установки фиг.2, равным 1:1);

7. Парогазовая смесь [6] 2:1 (получена при температуре 65±5°С и соотношении массового расхода кислородного газа к расходу химически чистой воды раствора электролита, циркулирующего в плазмохимотронном узле установки фиг.2, равным 2:1).

Контроль свободного кислорода (Р O₂) в кислородсодержащих смесях осуществляли фотометрическим методом с использованием блока, принципиальная схема которого представлена фигурой 3 и типовыми индикаторными трубками O₂ (1,0÷25%).

Блок (см. фиг.3) состоял из узла источника света, использующего процесс горения углеводородов в свободном кислороде, включающего: корпус с газопроводящим штуцером и каналами поз.1, распределитель, газового (парогазового) потока (сетки + вата) поз.2, парафиновую (восковую) свечу поз.3, тонкое прозрачное стекло поз.4, съемный кожух поз.5 и фотометрический прибор контроля освещенности - люксметр поз.6. Тарировка блока фиг.3 была проведена по воздушно-кислородной смеси при Р О₂ от 20% до 100%. Точность определения Р О₂:

для воздуха ΔР О₂≈±15%, для кислородсодержащей смеси ΔР O₂≈±20%. Фигурой 4 представлены экспериментальные данные о содержании свободного кислорода Р O₂ в исследуемых нами кислородсодержащих смесях.

Анализ полученных данных показывает, что парогазовая смесь [6] 1:1 содержала свободный кислород на уровне чувствительности прибора ˜4-6%, парогазовая смесь [6] 2:1 в количестве, близком к содержанию свободного кислорода в воздухе (Р О₂≈18±4%, см. фиг.4).

Данные фиг.4 показывают, что для количественной оценки пересыщения питьевой воды кислородом парогазовой смеси H₂O₂+O₂, на основании равенства парциальных давлений кислорода при н.у. парогазовой смеси и воздушной смеси, должен быть выбран воздух или воздушно-озоновая смесь.

Экспериментальные данные процессов насыщения питьевой воды кислородом, снятые при нормальных условиях в опытно-промышленной установке кондиционирования питьевой воды, представлены на фигуре 5. Данные фиг.5 получены при фиксированных объемах кондиционируемой питьевой воды V H₂O=200±4 л, фиксированном расходе и давлении воды в напорной части циркуляционно-проточного гидравлического контура установки G H₂O=1500±30 л/час, ΔР=15,0±0,15 м вод. столба, водородном показателе и концентрации растворенного кислорода в исходной воде pH ко=7,5-8 ед., С O₂=2,0±0,5 мг O₂/л H₂O, водородном показателе конденсата парогазовой смеси [6] pH _конд=8,50±0,50 ед., водородном показателе кондиционированной (кислородонасыщенной) питьевой воды

pH H₂O=8,25±0,25 ед.

Объем кислородсодержащей газовой, Vгс (парогазовой, Vnгc) смеси, используемый в процессе насыщения кондиционируемой питьевой воды кислородом изменяли во времени (Vгс=Var, Vпгс=Var) при постоянном, (зафиксированном во времени эксперимента) расходе газовой, Gгс, (парогазовой, Gпгс) смеси.

Из анализа данных фигуры 5 следует:

- процессы насыщения питьевой воды воздухом и воздушно-озоновой смесью были адекватными в пределах ошибки эксперимента (по типовой методике СаНПиН 2.1.4.1116-02 озон в питьевой воде установки был определен при температуре воды 21±1°С на уровне С О₃≤0,5 мг О₃/л H₂O

- кондиционируемая питьевая вода насыщалась кислородом воздуха и кислородом парогазовой смеси [6] 1:1 и 2:1 примерно в одном и том же интервале времени (см. фиг.5);

- процессы насыщения парогазовой смеси [6] 1:1 и парогазовой смеси [6] 2:1 были адекватны в пределах ошибки эксперимента;

- не наблюдалось полного насыщения кондиционируемой питьевой воды кислородом кислородного газа (P O₂=100%) в интервале 0,01≤Vгс/V H₂O≤10;

- пересыщение питьевой воды кислородом парогазовой смеси [6] 1:1 и 2:1 по отношению к известным кислородсодержащим смесям составило от 5 до 22 мг О₂/лН₂O.

Конкретно: по отношению к кислородсодержащей воздушной и воздушно-озоновой смеси - 20-22 мг О₂/л H₂O, по отношению к воздушно-кислородной смеси (Р О₂=40÷60%) - 7÷14 мг O₂/л H₂O, по отношению к кислородному газу (0≤Vгс/V H₂O≤10) - 5÷6 мг O₂/л H₂O.

В теоретическом обосновании аномальных физико-химических свойств парогазовой смеси [6], лежащих в основе заявленного технического решения, концентрация кислорода в водно-кислородных комплексах водного раствора электролита, циркулирующего в плазмохимотронном узле установки кондиционирования питьевой воды, должна не менее чем в 2 раза превышать концентрацию кислорода в водно-кислородных комплексах конденсата парогазовой смеси (см. уравнения 5 и 7).

Это означает, что должно происходить увеличение пересыщения питьевой воды парогазовой смесью [6] при использовании ранее обработанного в плазмохимотронном узле установки водного раствора электролита по отношению к свежеприготовленному.

Экспериментальные данные о влиянии обработанного водного раствора на уровень пересыщения кислородом кондиционируемой питьевой воды парогазовой смесью [6] 1:1 представлены в таблице 1.

Анализ экспериментальных данных таблицы 1 показывает, что увеличение пересыщения кислородом кондиционированной питьевой воды при использовании парогазовой смеси [6], приготовленной на обработанном ранее в плазмохимотронном узле установки водном растворе электролита, по отношению к процессу насыщения с применением парогазовой смеси, приготовленной на свежем водном растворе электролита реально существует и составляет 4±2 мг O₂/л H₂O.

На основании экспериментальных данных фиг.5 и табл.1 пересыщение питьевой воды кислородом парогазовой смеси [6] по отношению к известным кислородсодержащим смесям составило от 9±2 мг O₂/л H₂O до 26±2 мг O₂/л H₂O, что подтверждает ранее проведенный нами теоретический расчет концентрации водно-кислородных комплексов в парогазовой смеси [6] и наличие аномальных физико - химических свойств у парогазовой смеси H₂O₂+O₂ по отношению к известным.

Процесс пересыщения кислородом кондиционированной питьевой воды (нейтральными и активными формами) необходимо контролировать одновременно по параметрам качества воды "растворенный в воде кислород", "pH воды", "Активные формы кислорода, водорода и их соединений, растворенные в воде".

В техническом решении [5] показатель качества воды "Активные формы кислорода, водорода и их соединений, растворенные в воде" отсутствует. В СаНПиН 2.1.4.1116-02 определен только параметр концентрации в бутилированной питьевой воде, растворенной в воде активной формы газообразного кислорода - "озона", С О₃≤0,1 мг О₃/л H₂O (быстрораспадающейся при температуре воды 20°С).

Для заявленной кондиционированной кислородосодержащей питьевой воды высшей категории качества помимо С O₂, С О₃, pH необходимо определить наличие в воде активных форм кислорода, водорода и их соединений, связанных как с концентрацией в воде известного пероксида водорода (H₂O₂), так и кластерного пероксида водорода (Н₄O₄), входящего в состав водно - кислородных комплексов [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺]·nH₂O.

Из проведенного нами анализа научно - технической литературы и нормативной документации о свойствах H₂O₂ в водных растворах и биосистемах, находящихся в пероксидных водных растворах, благоприятно действующая на обменные процессы в живых клетках концентрация H₂O₂ (С H₂O₂) находится в пределах от 3·10^-6 до 10^-4 М [16, 17, 18]. Нижнее значение С H₂O₂≈3·10^-6 М (˜0,1 мг H₂O₂/л H₂O) нормируется СаНПиН 2.1.4.1074-01 на питьевую воду, верхнее значение С H₂O₂≈10^-4 М (˜3 мг H₂O₂/л H₂O) определено [18] по отсутствию изменений при действии добавки пероксида водорода на биохимические реакции в живых клетках.

Из-за отсутствия данных о количественном анализе активных форм кислорода, водорода и их соединений в кондиционированной установкой питьевой воде (см. фиг.2) нами были проведены исследования этого важного для живых клеток (организма человека) показателя качества воды с применением:

1. Типовой методики физико-химических методов анализа пероксида водорода [16, с.448];

2. Опытной методики коллоидно-химического метода анализа активных форм кислорода, водорода и их соединений, разработанной предприятием "Экосервис", г.Краснодар.

В основе методики коллоидно-химического метода анализа активных форм кислорода, водорода и их соединений, разработанной предприятием "Экосервис" лежат аномальные физико - химические свойства кондиционированной парогазовой смесью H₂O₂+O₂ [6] на установке фиг.2 питьевой воды (высшая категория качества, марка "ОКСИ") по отношению к исходной питьевой воде, насыщенной кислородом воздуха (С O₂≈9 мг O₂/л H₂O) увеличивать не менее чем в 2-3 раза время устойчивого коллоидно - химического состояния освещенной УФ-светом ртутной лампы (λ=254 нм) водной суспензии хлористого серебра AgCl, приготовленной смешиванием водного раствора AgNO₃ с исследуемой питьевой водой.

Нижняя граница чувствительности метода определена растворимостью суспензии соли AgCl в питьевой воде - 1,3·10^-5 М, верхняя - растворимостью Ag₂O в питьевой воде - 1,3·10^-4 М.

Точность количественного определения по шкале фоточувствительных ионов Ag* активных форм кислорода, водорода и их соединений коллоидно-химическим методом не превышает ±30%.

3. Опытной методики биохимического метода анализа активных форм кислорода, водорода и их соединений, разработанного Биологическим факультетом МГУ им. М.В.Ломоносова [19].

В основе методики биохимического метода анализа активных форм кислорода, водорода и их соединений, лежат аномальные физико - химические свойства кондиционированной парогазовой смеси H₂O₂+O₂ [6] на установке фиг.2 питьевой воды (высшая категория качества, марка "ОКСИ") по отношению к исходной питьевой воде формировать превышающее более чем на порядок фоновое излучение (фиксируется прибором БИОТОКС от исходной питьевой воды и материала пробирки) вспышки хемилюнесцентного света из активных центров растворенного в воде люминофора (люминола) при добавлении в воду двухзарядных ионов

(Cu²⁺, Fe²⁺ и других).

Так как длина наблюдаемого в водном растворе с люминофором, приготовленным на кондиционированной питьевой воде "ОКСИ", излучения находятся в области λ≥275 нм (Е _hv≤4,5 эВ), что точно определено уравнением реакции:

где:

то диапазон концентраций ионов Fe²⁺, разряжающих активные центры люминофора, связанные в питьевой воде "ОКСИ" с водно-кислородными комплексами, в первом приближении, позволяет оценить концентрацию активных форм кислорода, водорода и их соединений в питьевой воде.

Нижняя граница чувствительности биохимического метода 10 М^-8, верхняя ˜10^-5 М [19]. Концентрация ионов Fe²⁺, при которой амплитуда вспышки из воды с люминофором имеет наибольшее значение (обеспечивает наиболее полное взаимодействие активных центров люминола с ионами Fe²⁺) находится в пределах 10^-6-10^-5 М.

В таблице 2 и фиг.6 представлены экспериментальные данные количественного анализа С О₂, pH, активных форм кислорода, водорода и их соединений в кондиционированной установкой фиг.2 питьевой воде.

Таблица 2 (*).№ поз.Параметр качества питьевой воды, метод Кондиционированная на опытно - промышленной установке питьевая вода анализа параметраКислородосодержащая смесьпримечание  воздухКислородный газпарогазовая смесь [6] 1:1, 1234561Растворенный в воде кислород, мг O₂/л H₂O     Типовой физико - химический метод. Паспорт прибора АЖА-101 pH воды9.0±0,527,0±0.534,0±0,5 2.Типовой физико - химический метод. Паспорт прибора pH-4208,0±0.258,0±0,258,25±0,25 3Растворенный в воде пероксид водорода, моль Н₂O₂/л H₂O Типовой физико - химический метод [16, с.448]Нет воспроизведенных данных (С Н₂O₂≤5·10^-4 М)**Нет воспроизведенных данных (С H₂O₂≤5·10^-4 M)**Нет воспроизведенных данных (С Н₂O₂≤5·10^-4 М)**(**) пороговая концентрация H₂O₂ ˜5·10^-4 M определена количественно в табл.34Активированные формы кислорода, водорода и их соединений    4.1Коллоидно-химический метод "Экосервис"Менее 10^-5 ММенее 10^-5 М(3.0±1,0)·10^-5 М 4.2Биохимичесикй метод Биофака МГУ им. М.В.Ломоносова--10^-6÷10^-5 М (*) Условия кондиционирования питьевой воды см. данные фиг.5 и табл.1 Концентрация О₃, определенная во всех пробах воды по типовой методике СаНПиН 2.1.4.1116-02 не превышала 0,1 мг О₃/л H₂O (˜2·10^-6 М)

Анализ данных табл.2 показывает, что в кондиционированной питьевой воде количественное значение концентраций пероксида водорода известным физико - химическим методом [16, с.484] не определяется.

Невоспроизводимость результатов анализов при низких концентрациях H₂O₂ связана с колебанием микроколичеств активной формы соединения H₂O₂ между устойчивыми соединениями: жидкой водой Н₄O₂ и водно-кислородными комплексами, находящимися в кондиционированной кислородосодержащей питьевой воде.

Для выявления пороговой концентрации в кондиционированной опытно-промышленной установкой питьевой воде, при которой методом [16, с.448] можно количественно определить С Н₂O₂, нами было проведено исследование влияния добавки в кондиционированную питьевую воду фиксированного объема 3% раствора H₂O₂ (с использованием трубопровода -5- и шарового крана поз.20 опытно-промышленной установки см. фиг.2).

Полученные экспериментальные данные представлены в таблице 3.

Таблица 3 (*).Параметр качества питьевой воды,Кондиционированная на опытно - промышленной установке питьевая водаметод анализа параметраКислородный газКислородосодержащая парогазовая смесь [6] 1:1 Добавка в воду 50 мг Н₂O₂ на 1 л H₂OДобавка в воду 30 мг H₂O₂ на 1 л H₂OДобавка в воду 20 мг H₂O₂ на 1 л H₂OДобавка в воду 50 мг H₂O₂ на 1 л H₂OДобавка вводу 30 мг H₂O₂ на 1 л H₂OДобавка в воду 20 мг H₂O₂ на 1 л H₂O1234567Концентрация в кондиционированной питьевой воде Н₂O₂, мг H₂O₂/л H₂O, определенная методом [16, с.484]30±2015±15Пороговая концентрация ˜5·10^-4 М30±2015±15Пороговая концентрация ˜5·10^-4 М(*) условия кондиционирования питьевой воды см. фиг.5 и табл.1

Анализ данных табл. 3 показывает, что метод [16, с.484] определяет количественно концентрацию пероксида водорода в пересыщенной кислородом питьевой воде при навеске H₂O₂, не превышающей 20 мг H₂O₂/л H₂O. При концентрациях ниже этого значения метод не имеет воспроизводимых результатов анализа.

Отметим, что для артезианской воды (С О₂˜2,0±0,5 мг O₂/л H₂O) порог количественного определения С H₂O₂ физико - химическим методом [16, с.484] смещает в сторону увеличения навески H₂O₂ в 1,5 раза (до 30 мг H₂O₂/л H₂O), что указывает о высокой чистоте пересыщенной кислородом питьевой воды.

Данные по определению активных форм кислорода, водорода и их соединений высокочувствительным коллоидно-химическим методом анализа предприятия "Экосервис" представлены фиг.6.

Нами был использован интервал концентраций AgCl суспензии метода анализа предприятия "Экосервис" от 6,0 до 1,4 мг Ag⁺ на 1 л питьевой воды. Концентрация ионов Ag⁺ измеряли титрометрическим методом, предварительно отделив коллоидно-механический осадок, ультрафильтрационной мембраной (с последующим его смыванием с мембраны и растворением в водном растворе HNO₃). Пробы кондиционированной питьевой воды, насыщенной кислородом воздуха (9 мг O₂/л H₂O) и пересыщенной кислородом парогазовой смеси H₂O₂+O₂ (34±2 мг O₂/л H₂O, см. табл.1), ставили на анализ одновременно. Пробы воды поз.1, 2 (см. фиг.6) помещали в темноту, пробы воды поз.1*, 2* - под УФ-свет ртутной лампы (λ=254 нм). Зависимость поз.1,1* фиг.6 относятся к питьевой воде насыщенной кислородом воздуха, зависимость поз.2,2* к питьевой воде, пересыщенной кислородом парогазовой смеси [6] 1:1

Концентрацию активных форм кислорода, водорода и их соединений в пересыщенной кислородом питьевой воде (ΔС _акт) определяли при полном просветлении коллоидно-механического раствора соли AgCl в воде насыщенной кислородом воздуха (проба поз.1*).

Количественно концентрацию ΔС _акт. рассчитывали по формуле:

где: C₁ и С₂ - соответственно концентрация суспензии AgCl в питьевой воде неосвещенных УФ-светом пробах;

C₁* и С₂* - соответственно концентрация суспензии AgCl в питьевой воде освещенных УФ-светом пробах;

Индексы "1" и "2" относятся соответственно к насыщенной и пересыщенной кислородом питьевой воде.

Полученные в табл.3, фиг.6, работе [19], экспериментальные данные показывают, что аномальные свойства парогазовой смеси [6] реально проявляются при ее смешивании с питьевой водой. В первом приближении количественно уровень концентраций активных форм кислорода, водорода и их соединений определен величиной от 10^-6 до 3·10^-5 М. На основании биохимических исследований [18] эта концентрация безопасна для живых клеток.

Аномальные свойства пересыщенной кислородом парогазовой смеси H₂O₂+O₂ питьевой, воды должны проявляться при розливе воды в нормальных условиях в герметичную пластмассовую или стеклянную тару, в первую очередь по показателю "увеличение срока сохранности концентрации растворенного в воде кислорода".

Из-за отсутствия сопоставимых данных о сроках сохранности растворенного в питьевой воде высшей категории кислорода нами было проведено исследование этого важного для потребителей, с точки зрения качества питьевой воды, показателя на установке кондиционирования и розлива питьевых вод фиг.2.

При розливе на установке фиг.2 кондиционированной кислородосодержащей питьевой воды в бутыли были использованы: трубопровод -3-, кран-дозатор, поз.18, типовые прозрачные пластмассовые бутыли емкостью до 5,0 л поз.19, пластмассовые пробки для герметизации бутыли, поз.7 (см. фиг.2).

Предварительно бутыли и крышки были стерилизованы реагентами, рекомендованными СаНПиН 2.1.4.1116-02.

Для кондиционирования питьевых вод кислородом в установке, фиг.2, были использованы ранее исследованные кислородосодержащие смеси: воздух, кислородный газ, парогазовая смесь [6] 1:1.

Экспериментальные данные изменения концентраций растворенного в воде кислорода (СО₂) во времени (Δτ) при хранении кондиционированной кислородосодержащей питьевой воды в герметичных бутылях представлены на фиг.7.

Зависимость C O₂=f (Δτ), поз.1 (см. фиг.7), получена для воздуха, зависимость C O₂=f (Δτ), поз.2 и поз.3 - соответственно для кислородного газа и парогазовой смеси [6] 1:1.

Анализ экспериментальных данных, фиг.7, показывает, что в пересыщенной кислородом парогазовой смеси [6] 1:1 бутилированной питьевой воде гарантирован срок сохранности высшей категории качества питьевой воды

СаНПиН 2.1.4.1116-02 по растворенному кислороду не менее 6 месяцев при хранении в нормальных условиях (см. зависимость CO₂=f (Δτ), поз.3 фиг.7). С применением известных кислородосодержащих смесей [3÷5] бутилированная кислородосодержащая питьевая вода имела срок сохранности растворенного в воде кислорода (не менее 9 мг O₂/л H₂O при н.у.) не более 1 месяца (см. зависимость CO₂=f (Δτ) поз.1 и поз.2 фиг.7)

Поскольку аномально длительный во времени срок сохранности высоких концентраций растворенного в воде кислорода (не менее 9 мг O₂/л H₂O при н.у.) из полученных данных, фиг.7, связан с водно-кислородными комплексами и активными формами кислорода, водорода, то возникла необходимость дополнительного исследования свойств известной активной формы соединения кислорода с водородом H₂O₂ выделять в жидкую воду кислород [16, с.60-61].

Контрольные испытания влияния добавки водного 3% раствора H₂O₂ в кондиционируемую питьевую воду, исходя из возможности количественного анализа пероксида водорода (см. данные табл.3), представлены в таблица 4.

Таблица 4 (*).Время хранения бутилированной питьевой Количество добавки H₂O₂ в кондиционированную воду 30 мг H₂O₂/л H₂O (С H₂O₂=15±15 мг H₂O₂/л H₂O)Количество добавки H₂O₂ в кондиционированную воду 50 мг H₂O₂/л H₂O (С Н₂O₂=30±20 мг H₂O₂/л H₂O)воды, Δτ, часы, дниС О₂ в бутилированной питьевой воде, кондиционированной кислородным газом, мл O₂/л H₂OС O₂ в бутилированной питьевой воде, кондиционированной парогазовой смесью [6] 1:1 мл O₂/л H₂OC O₂ в бутилированной питьевой воде, кондиционированной кислородным газом, мл O₂/л H₂OC O₂ в бутилированной питьевой воде, кондиционированной парогазовой смесью [6] 1:1 мл O₂/Л H₂O123450-0,5 часов29,0±0,532,0±0,530,5±0,534,0±0,50.5-1,0 час28,0±0,534,0±0,529,0±0,535,5±0,51.0-2,0 часа27,0±0,533,0±0,528,0±0,534,5±0,512 часов24,0±0,531,0±0,525,0±0,532,5±0,51 день22,0±0,529,0±0,523,0±0,530,5±0,55 дней18,0±0,525,0±0,519,0±0,526,0±0,510 дней14,0±0,522,0±0,515,0±0,523,0±0,520 дней12,0±0,518,0±0,513,0±0,519,0±0,530 дней8,0±0,516,0±0,58,0±0,516,0±0,560 дней7,0±0,514,0±0,57,0±0,514,0±0,590 дней7,0±0,513,0±0,57,0±0,513,0±0,5120 дней6,0±0,511,0±0,56,0±0,511,0±0,5180 дней6,0±0,510,0±0,56,0±0,510,0±0,5(*) Условия эксперимента см. табл.3, фиг.7С H₂O₂ замерена в свежеприготовленной бутилированной питьевой воде (Δτ ≤24 часов).

Анализ данных табл.4 показывает, что добавка H₂O₂ в кондиционируемую установкой фиг.2 питьевую воду в количестве до 30 мг O₂/л H₂O (С H₂O₂˜10^-3 М) не влияет на пересыщение бутилированной питьевой воды кислородом парогазовой смеси [6] 1:1 при их смешивании и не влияет на высокий срок сохранности высокой концентрации растворенного в воде кислорода (не менее 9 мг O₂/л H₂O при н.у.).

При добавке в кондиционируемую питьевую воду 50 мг H₂O₂/л H₂O и более, наблюдается прирост по отношению к контрольному образцу (для добавки 50 мг H₂O₂/л H₂O - около 3%, см. табл.4).

Так как минимальная концентрация H₂O₂ в кондиционируемой питьевой воде, оказывающая влияние на пересыщение питьевой воды кислородом была равна ˜10^-3 М (на 2-3 порядка превышала уровень концентрации активных форм кислорода, водорода и их соединений в парогазовой смеси [6], см. данные табл.2), то полученные экспериментальные данные табл.4 доказывают, что основной механизм пересыщения жидкой воды парогазовой смесью [6] и ее аномальные свойства определяют устойчивые в питьевой воде водно-кислородные комплексы [(O₄ ^4-)·4H₃O⁺]·n H₂O и 2(Н₁₀O₈)* предсказанные теорией.

Физико-химические свойства кондиционированной питьевой воды заявленного технического решения в сравнении с физико-химическими исходной питьевой воды представлены экспериментальными данными таблицы 5, полученных нами с участием Центра испытаний питьевых вод г.Краснодара.

Таблица 5 (*).№ поз.Физико-химический параметр бутилированной питьевой воды (при н.у.)Исходная питьевая водаКондиционированная парогазовой смесью [6] 1:1 питьевая водаПримечание123451Плотность, г/см³0,995±0,0030,995±0,003 2Удельное электрическое сопротивление. кОм см1,7±0,21,7±0,3 3Температура кипения, °С99,5±0,599,0±1,0 4Температура замерзания воды в прозрачной пластиковой бутыли емкостью 5,0 литров (время замораживания 7 дней), °С-(1÷3) (*)-(5÷7) (*)(*) - пробы поставлены в холодильную камеру одновременно. Содержание незамороженной в течение 7 дней в герметичной бутыли воды определено уровнем ˜10±5%5Привкус питьевой водыБез привкусаПривкус свежей талой снеговой воды 6Образование осадка при кипячении в Эмалированном сосудеОбразуется белый осадок на дне и стенках сосудаОбразуется белый осадок на дне и стенках сосудаАнализ солей жесткости и соединений кремния проведен типовыми методами рекомендованными СаНПиН 2.1.4.1116-02 РФ

Таблица 5 (*) (продолжение).l23457Основной состав осадка, полученного при кипячении воды п.6 (начальный объем воды 5,0 л, объем выпаренной воды ˜4,6 л)Са(ОН)₂ Mg(OH)₂ SiO₂ (Ca²⁺+Mg²⁺)--(15±3) мг SiO₂ - следыСа(ОН)₂ Mg(OH)₂ SiO₂ - 20% (Ca²⁺+Mg²⁺)--(10±3) мг SiO₂-(2±l) мг 8Образование осадка в бутилированной питьевой воде после размораживания льда в герметичной полимерной бутыли при нормальных условиях (бутилированная питьевая вода была заморожена в течение суток при t=-(20±1)°С в холодильной камере(**) Следы рыхлого (аморфного) бело-серого осадка (Са+ Mg+Si)Рыхлый бело-серый осадок(**) Концентрация основных компонентов осадка не менее 0,1 мг/л в размороженной H₂O   (***)(***)9Основной состав осадка, полученного после размораживания бутилированной питьевой воды, п.8-Са(ОН)₂ Mg(OH)₂ SiO₂ - 30%Концентрация (Ca²⁺+Mg²⁺)-˜4÷6 мг/л H₂O Концентрация SiO₂ ˜1÷3 мг/л в размороженной H₂O(*) Условия получения кислородосодержащей питьевой воды, табл.1 и фиг.5.

На основании экспериментальных данных табл.5 (поз.4) пересыщенная кислородом парогазовой смеси [6] кондиционированная питьевая вода находится в переохлажденном на 3÷5°С состоянии. Рассчитанное по данным таблицы 5 значение ε Н₄O₂≈(5±1)·10^-4 эВ совпадает с точностью ±25% с использованным в теории [12, с.318], подтверждая экспериментально интервал n H₂O≈40000±20000.

Данные табл.5 (поз.4) говорят о наличии в кондиционированной питьевой воде заявленного технического решения "горячих" (энергообогащенных) водно-кислородных комплексов, поддерживающих жидкое состояние воды в интервале температур от 0 до -7°С.

Для "перегрева" жидкой воды известным энергообогащенным, кислородовыделяющим веществом H₂O₂ с [16, с.63] необходимо n*·Н₄O₂=1,02 эВ:(5·10^-4) эВ=2·10³ молекул Н₄O₂. Иными словами, концентрация молекул пероксида водорода H₂O₂ в питьевой воде, обеспечивающая "перегрев" жидкой воды на 3÷5°С, должна превышать 10^-2 М.

Полученный результат доказывает, что известными техническими решениями невозможно достигнуть в пересыщенной кислородом питьевой воде экологически безопасного для живых клеток уровня активных форм кислорода, водорода и их соединений.

На основании рассмотренного выше материала заявители считают, что техническая задача решена в полном объеме.

Техническое решение подготовлено для сертификации на уровне органов надзора за питьевыми водами Российской Федерации и к внедрению в промышленном производстве высококачественных кислородосодержащих питьевых вод.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. - Киев, "Наукова Думка", 1983, 528 с.

2. Кульский Л.А. Основы химии и технологии воды. - Киев, "Наукова Думка", 1991, 568 с.

3. Джеффери Крандеил и другие. Метод для получения оксигенированной воды. Патент США №6284293 В1 (НКИ 426/67) 04.09.2001 г.;

Хехтль Кристиан. Производство питьевой воды длительного хранения, разлитой в бутыли, насыщенной кислородом воздуха. Патент Германии №1047826, C 02 F 1/68 (НКИ BG 7 D 1/00 Н 4 С), 16.10.1998 г.

4. Обзоры компаний "Aqua Rush", "Aqua Clara", "Life - O₂" "Бутилированная кислородонасыщенная вода". Система информации "Интернет" htt://www aqua rush com., http://www aqua clara com., http://www life - O₂ com.

5. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества: Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. - М.: Федеральный центр госсанэпидемнадзора Минздрава России, 2002, 27 с. (СаНПиН 2.1.4.1116-02). Методические указания по внедрению и применению санитарных правил и нормативов СаНПиН 2.1.4.1116-02 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества" МУ 2.1.4.1184-03. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003, 63 с.

6. Зыков Е.Д., Щербаков В.Н. Плазмохимотронный способ получения парогазовой смеси H₂O₂+O₂. Патент России №2171863 (С2) С 25 В 1/30, С 25 В 1/04, C 02 F 1/46, 30.07.1998 г.

7. Гришин В.Г., Давыдов А.Д. Плазмодинамический реактор для нейтрализации протонов и дейтронов в природной воде. Мат. 9-й Росс. конф. по холодной трансмутации ядер химических элементов (РХТЯ - 9), Дагомыс, Сочи 30 сентября - 7 октября 2001 г. - М., 2002, с.109.

8. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. - Л., Изд-во "Химия", 1977, 376 с.

9. Краткий справочник физико-химических величин. Под. ред. Мищенко К.П. и Равделя А.А. - Л.: Химия, 1977, 376 с.

10. Протасов Ю.С., Чувашев С.Н. Физическая электроника газоразрядных устройств (ч.I, Плазменная электроника). - М.: Высшая школа, 1993, 240 с.

11. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1976, 552 с.

12. Химия. Большой энциклопедический словарь. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1998, 791 с.

13. Международный симпозиум "Перестройка естествознания", Москва 20-24 апреля 2001 г. Зыков Е.Д. и сотрудники. Доклад "Супервода - O₂ - новое состояние вещества". Аннотация доклада опубликована в журнале "На грани невозможного", №13, 2001, с.9. ("Супервода H₁₀O₈").

14. Охлобыстин О.Ю. Жизнь и смерть химических идей. - М.: Наука, 1989, 192 с.

15. Михайленко Я. II. Курс общей и неорганической химии. - М.: Высшая школа, 1966, 664 с.

16. Перекись водорода и перекисные соединения. Под ред. Позина М.Е. М. - Л.: ГНТИ химической литературы, 1951, 432 с.

17. Уильям Дуглас. Целительные свойства перекиси водорода. - Санкт-Петербург: Питер, 1998, 192 с.

18. Коургио Эн-мэрик и другие. Перекись водорода (H₂О₂) индуцирует актин и некоторые белки теплового шока в клетках дрозофилы. "Eur J. Biochem"., 1988, 171, №1-2, р.163-170 (Аннотация статьи, см. Реферативный журнал "Биология", 7Т440, 1988 г.).

19. Воейков В.Л., Новиков К.Н. Хемилюминесцентный анализ питьевой воды, оксигенированной в плазмохимотронном реакторе. Международная конференция "Новые технологии в защите биоразнообразия в водных экосистемах" - М., МГУ им. М.В.Ломоносова (тезисы докладов), 2002, с.16-22.

Изобретение относится к области химии водных растворов и водоподготовки. Кондиционированную питьевую воду высшей категории качества получают за счет пересыщения кислородом исходной питьевой воды. Синтезированные химотронной плазмой в парогазовой смеси Н₂O₂+О₂ водно-кислородные комплексы позволяют при смешивании в нормальных условиях парогазовой смеси с исходной питьевой водой получить пересыщенную кислородом экологически чистую питьевую воду с концентрацией растворенного кислорода 10-40 мг О₂/л Н₂О. Экспериментально подтверждены аномальные физико-химические свойства пересыщенной кислородом парогазовой смеси питьевой воды, эффект повышения концентрации кислорода и длительное сохранение во времени пересыщенного кислородом состояния питьевой воды. Изобретение может быть использовано в пищевой промышленности, медицине, водных хозяйствах, а также в производстве бутилированных кислородосодержащих питьевых вод. Изобретение обеспечивает повышение качества питьевой воды, отвечающей требованиям СаНПиН 2.1.4.1116-02 Российской Федерации, по жизненно необходимым для организма человека нейтральным и активным формам кислорода и, кроме того, увеличение срока сохранности растворенного в кондиционированной питьевой воде кислорода. 7 ил., 5 табл.

Кондиционированная питьевая вода высшей категории качества, включающая жизненно важные для организма человека показатели:

Общая минерализация100-1000 мг/лЖесткость1,5-7,0 мг-экв/лЩелочность0,5-6,5 мг-экв/лСодержание ионов Na⁺20-200 мг/лСодержание ионов K⁺2-20 мг/лСодержание ионов Са²⁺25-130 мг/лСодержание ионов Mg²⁺5-50 мг/лСодержание ионов НСО₃^-30-400 мг/лСодержание ионов F^-0,5-1,5 мг/лСодержание ионов I^-0,01-0,125 мг/лрН6,5-8,5

а также растворенный в воде кислород, отличающаяся тем, что растворенный кислород находится при нормальных условиях в пересыщенном состоянии с концентрацией 10-40 мг О₂/л Н₂О, полученном в результате смешивания исходной воды с кислородсодержащей парогазовой смесью, синтезированной плазмохимотронным методом.