СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОЙ ВОДЫ Российский патент 2007 года по МПК C02F1/34 

Изобретение относится к области технологий производства биологически активной воды и может быть использовано в сельском хозяйстве для повышения урожайности огородных и зерновых культур (сахарной свеклы, томатов, огурцов, пшеницы и др.).

Известны способы обработки семян растений стимуляторами роста (биопрепаратами) - фитоспорином, эпином, Байкалом, биопросом, нарциссом и др. Внесение биопрепаратов в грунт стимулирует рост и развитие растений огурца, томата в теплицах, улучшает биохимический состав плодов, повышает их ранний и общий урожай [1-2].

Недостаток указанных выше способов заключается в сложности технологий получения биостимуляторов и их высокая стоимость.

Описаны способы получения биологически активной воды путем ее магнитной обработки [3-4]. При замачивании семян сахарной свеклы в воде, подвергнутой магнитной обработке, урожайность этой культуры повышается на 8% [3]. При поливе омагниченной водой урожай многих зерновых и огородных культур повышается на 10-40% [4].

Это объясняется тем, что при применении омагниченной воды лучше усваиваются питательные вещества из почвы. А лучшее усвоение питательных веществ из почвы обусловлено более высокой растворяющей способностью омагниченной воды, содержащей более крупный и подвижный ассоциат, по сравнению с неомагниченной водой.

Известен способ получения биологически активной воды в магнитном поле, принятый нами за прототип [5]. Установлено, что при поливе этой водой ускоряется цветение и плодоношение растений, а урожай огурца и томата возрастает на 22-23%.

Это объясняется тем, что в структурированной воде ускоряются процессы кристаллизации, растворения, адсорбции, происходящие в живой клетке. Кроме того, при преобразовании структуры воды улучшаются ее свойства и изотопный состав.

Недостаток известного способа [5] (прототипа) заключается в его недостаточной эффективности при активации воды, что не позволяет повысить урожайность овощных культур. Кроме этого, известный способ не дозволяет заметно увеличить содержание сахара, каротина, витаминов и др. в плодах и снизить содержание нитратов и тяжелых металлов в них.

Задачей настоящего изобретения является повышение урожайности сельскохозяйственных культур, увеличение содержания витамина С, каротина, сахара в плодах и снижение содержания нитратов и тяжелых металлов в них.

Это достигается тем, что в способе получения биологически активной воды на основе обычной воды путем ее энергетической обработки, обычную воду подвергают обработке в роторном кавитационном аппарате при температуре 15-70°С в течение 5-50 циклов при числе оборотов ротора кавитатора 2000-12000 в минуту.

В процессе кавитации, сопровождаемой люминесценцией, ионизацией и др. в воде формируются пузырьки размером 50-120 мкм, приводящие к диспергированию воды [6]. Эти кавитационные пузырьки заводнены газом, паром или их смесью. Захлопывание пузырьков сопровождается адиабатическим нагревом газа в них до температуры 10⁴ °С [7]. Вследствие этого происходит нагревание воды, способствующее удалению из нее вредных примесей (хлорорганических соединений, нитратов и др.) и нейтрализация ионов тяжелых металлов. Кроме того, при кавитации в воде образуются радикалы НО^• ₂, ^•ОН и перекись водорода, способствующие значительному повышению ее биологической активности.

Наличие перекиси водорода и радикалов в воде губительно влияет на различные вредные микроорганизмы растений, что повышает их устойчивость к различным заболеваниям и урожайность.

Пузырьки захлопываются во время полупериодов сжатия, создавая кратковременные (порядка 10^-6 сек) импульсы давления (до 10³ МН/м²=10⁴ кгс/см² и более). Эти импульсы давления, возникающие в кавитационных пузырьках, обусловливают мгновенные разрывы и гибель микроорганизмов и простейших [8], что приводит к улучшению качества воды и также препятствует поражению растений различными вредителями.

Процесс кавитации воды проводится при числе оборотов ротора кавитатора (ЧОРК) 2000-12000 в минуту. Уменьшение ЧОРК ниже 2000 в минуту не позволяет получить воду с достаточной биологической активностью (БА). Повышение ЧОРК более 12000 в минуту ограничивается состоянием технических разработок в настоящее время.

Число циклов (ЧЦ) обработки воды равно 5-50. При числе циклов обработки меньше 5 получается вода с невысокой БА. Число циклов, равное 50, достаточно для приготовления воды с оптимальной БА. Увеличение числа циклов более 50 повышает энергозатраты на активацию воды.

В процессе кавитации вода нагревается с 15 до 70°С, что способствует удалению из нее вредных примесей (хлороформа, нитратов и др.

Суть предлагаемого способа поясняется на примерах.

Пример 1. Обычная вода (из колодца УРАЛНИИСХОЗа) обрабатывается в кавитационном аппарате, описанном в патенте №2131087, МКИ 6F23К 5/12, F23D 11/34, при ЧОРК 3000 в минуту, числе циклов 50 и температуре 15°С. При кавитационной обработке температура воды повышается до 70°С, в результате чего из нее удаляются вредные примеси - хлороформ, хлорэтилен, углеводороды, нитраты и др.

Полученная биологически активная вода (БАВ) использовалась для полива растений томата в теплицах. Опыты проводились в пленочной теплице в 1993-2001 годах (УРАЛНИИСХОЗ) и в зимней теплице ЗАО "Тепличное" в 2000-2001 годах. Полив БАВ изучали совместно с применением биопрепарата биопрос, который вносили в тепличный субстрат перед посадкой рассады в дозе 100 г/м².

В теплице УРАЛНИИСХОЗа растения в период плодоношения отличались по биометрическим показателям, таблица 1. Наиболее высокие растения сформировались в варианте с водой БАВ - 210,3 см и с водой БАВ + биопрос - 205,2 см, превышение составило 8-11%. По диаметру стебля различий не отмечено. Полив водой БАВ и биопрос способствовали уменьшению расстояния между цветочными кистями, что положительно. Число плодов и кистей было также наибольшее. Листовая поверхность несколько уменьшилась при поливе водой БАВ.

Агрохимические свойства грунта изменялись в течение вегетации, таблица 2. Полив водой БАВ повышал содержание азота, фосфора, калия в грунте, т.е. питательные вещества в результате диспергации становились более доступными для корневой системы растений. Биопрос повышал содержание питательных веществ в грунте в меньшей мере. В конце вегетации в результате усвоения растениями и вымывания содержание подвижных питательных веществ уменьшилось во всех случаях и в большей степени при поливе обычной водой.

Биохимический состав плодов томата изменялся по вариантам опыта, таблица 3. Отмечено увеличение содержания сухого вещества в плодах, сахаров, аскорбиновой кислоты, каротина, уменьшение содержания нитратов на 20% при поливе БАВ водой. Кислотность плодов мало изменялась. Полив водой БАВ снижал также содержание тяжелых металлов в плодах томата, таблица 4. Содержание цинка в плодах снижалось на 42% при поливе БАВ водой и от биопроса - на 29%. Содержание меди снижалось на 22 и 14% соответственно. Ртуть и свинец в плодах отсутствовали, по количеству кадмия различий не выявлено. Плоды при поливе водой БАВ - диетические.

Полив водой БАВ положительно влиял и на продуктивность томата в теплице, таблица 5. В первый месяц плодоношения урожайность возрастала на 25% при поливе водой БАВ в августе прибавка составила 24%, в сентябре - 25% и общее увеличение - 25%. Внесение биопроса повышало урожай в меньших пределах. По раннему урожаю прибавка составила 6%, по общему 7%. Совместное использование биопроса и воды БАВ повысило ранний урожай на 25% и общий - на 18%.

Сходные результаты получены и в зимней теплице ЗАО "Тепличное при выращивании растений томата.

Пример 2. Обычная вода (из колодца УРАЛНИИСХОЗа) обрабатывается в кавитационном аппарате, описанном в примере 1, при ЧОРК 6000 в минуту, числе циклов 10 и температуре 15°С. При кавитационной обработке температура воды повышается до 70°С и из нее удаляются вредные примеси, указанные в примере 1.

Полученная БАВ использовалась для полива растений огурца в теплицах. Опыты проводились в пленочной теплице УРАЛНИИСХОЗа в 1999-2001 годах и в зимней теплице ЗАО "Тепличное" в 2000-2001 годах.

В период плодоношения растения в пленочной теплице отличались по морфологическим показателям, таблица 6. Наибольшие высота растений, длина побегов, число женских цветков и площадь листьев сформировались в варианте вода БАВ + биопрос. Полив водой БАВ менее стимулировал рост и развитие растений огурца в теплице.

Агрохимические свойства грунта изменялись в период плодоношения таблица 7. Полив водой БАВ и внесение биопроса повышали содержание подвижных питательных веществ в грунте на 20-30% в течение всей вегетации. К концу вегетации содержание азота, фосфора, калия, кальция и магния в грунтах уменьшилось в результате усвоения питательных веществ растениями.

Химический состав плодов изменялся по вариантам опыта, таблица 8. При поливе водой БАВ в плодах на 14% снижалось содержание нитратов. Другие показатели мало изменялись.

Полив оказывал влияние и на продуктивность огурца, таблица 9. В первый месяц плодоношения отмечено увеличение урожая на 25% при поливе водой БАВ в июле прибавка составила 23%. в августе получен примерно одинаковый урожай, а в сентябре прибавка составила 31%. Общая прибавка от полива водой БАВ составила в среднем за 3 года 14%. Наибольший эффект, 21%, получен в варианте вода БАВ + биопрос.

В зимней теплице ЭАО "Тепличное" также наблюдался эффект от полива водой БАВ растений огурца. Полив растений огурца в зимней теплице водой БАВ улучшает их рост, биохимический состав плодов (на 28% снижается содержание нитратов, на 16% - цинка), урожай повышается: ранний - на 11% и общий - на 8%.

Пример 3. Обычная вода (из колодца УРАЛНИИСХОЗа) обрабатывается в кавитационном аппарате, описанном в примере 1, при ЧОРК 8000 в минуту, числе циклов 25 и температуре 15-70°С.

Полученная БАВ использовалась для полива рассады томата. Полив рассады томата водой БАВ изучали в пленочной теплице УРАЛНИИСХОЗа. Полив рассады проводили обычной водой и водой БАВ от посева семян до высадки рассады.

Рассада к моменту посадки в теплицу отличалась по биометрическим показателям, таблица 10. Рассада, выращенная на воде БАВ, отличалась меньшей высотой (67,4 см), образовывала больше на 16% цветков и бутонов, листьев с меньшей листовой поверхностью.

Урожайность томата также различалась по вариантам опыта, таблица 11. Ранняя продуктивность в июле от рассады при поливе водой БАВ была выше на 33%, в августе эффект получен более низкий - 6% и общий эффект составил 9%.

Следовательно, предлагаемый способ по сравнению с прототипом [5], позволяет увеличить содержание в томатах и огурцах: сухого вещества, сахаров, аскорбиновой кислоты, каротина; уменьшить содержание в томатах и огурцах: нитратов на 14-20%, в томатах - цинка - на 42%, меди - на 22%, при отсутствии в них свинца и ртути, и получить диетические продукты. Предлагаемый способ дает возможность повысить урожайность томатов до 25% и ранний урожай томатов и огурцов на 33 и 31% соответственно.

Таблица 1
Биометрические показатели растений томата в период плодоношения при поливе различной водой (1999-2001 годы).ВариантВысота растения, смДиаметр стебля, смРасстояние между кистями, смЧисло цветков и бутонов, штукЧисло плодов, штукЧисло цветочных кистей, штукЛистовая поверхность,
дм²Вода обычная189,11,729,046,387,813,893,0Вода БАВ210,31,725,643,5103,915,686,1Биопрос201,71,726,645,2100,414,988,4Вода БАВ + биопрос205,21,724,740,8106,215,489,7

Таблица 2
Агрохимические показатели тепличного грунта при поливе различной водой (мг на 100 г абсолютно сухого грунта), 1999-2001 годы.ВариантрНNO₃NH₄Р₂О₅K₂OCaOMgO Перед посадкойТорф-опил6,024511,613316508629Торф-опил + биопрос6,227715,113297209131Биопрос6,26144.61862095720 Начало плодоношенияВода обычная6,311713,311605706023Вода БАВ6,212623,713036186025Биопрос6,311516,411756016026Вода БАВ + биопрос6,311414,411516345726 Конец вегетацииВода обычная6,07611,010363925314Вода БАВ6,18822,69715344817Биопрос6,19525,09726056117Вода БАВ + биопрос6,38919,111245705122

Таблица 3
Влияние полива на химический состав плодов томата, 1999-2001 годыВариантСухое вещество, %Сахар, %Каротин, мг/кгВитамин, С, мг/кгКислотность,Нитраты, мг/кгВода обычная5,41,7414,516,10,5453Вода БАВ5,81,8516,617,50,5644Биопрсс5,71,8115,617,20,5353Вода БАВ + биопрос5,71,8616,316,90,5446

Таблица 4
Содержание тяжелых металлов в плодах томата при поливе различными водами, мг/кг сырого вещества, 2001 год.Вариант ССPbНВода обычная1,690,500,0200Вода БАВ1,190,410,0200Биопрос1,310,440,0200Вода БАВ + биопрос1,190,440,0200

Таблица 5
Урожайность томата в пленочной теплице при поливе различной водой 1999-2001 годы.ВариантИюльАвгустСентябрьВсегоСредняя масса плода, гкг/м²% к контролюВода обычная1,65,31,28,110096,0Вода БАВ2,06,61,510,112598,1Биопрос1,75,61,48,710796,0Вода БАВ + биопрос2,06,01,69,611896,3

Таблица 6
Влияние полива на биометрические показатели растений огурца в период плодоношения, 1999-2001 годы.ВариантВысота растения, смДиаметр стебля, смДлина побегов, смЧисло цветков, штукПлощадь листьев дм²женскихмужскихВода обычная227,21,5112,263,224,580,7Вода БАВ255,21,5119,764,424,889,1Биопрос238,11,6117.063,517,198,1Вода БАВ + биопрос272,01,6125,377,820,498,6

Таблица 7
Изменение агрохимических свойств тепличного субстрата в течение вегетации огурца, мг/100 г абсолютно сухого грунта, 1999-2001 годы.ВариантрНNO₃NH₄Р₂О₅K₂ОCaOMgO Начало плодоношенияВода обычная6,2110133805807621Вода БАВ6,3135143916037520Биопрос6,2120154036407919Вода БАВ + биопрос6,3130143876107420 Конец вегетацииВода обычная5,1105142413185716Вода БАВ5,187132783226015Биопрос5,570122633236015Вода БАВ + биопрос5,358142653656315

Таблица 8
Влияние полива на химический состав плодов огурца, 1999-2001 годыВариантСухое вещество, %Сахар, %Витамин С, мг/кгНитраты,, мг/кгNР₂О₅K₂О% на абсолютно сухое веществоВода обычная4,601,8010,32913,051,935,71Вода БАВ4,601,8310,72553,011,945,77Биопрос4,701,8110,92603,091,945,76Вода БАВ + биопрос4,701,7911,02623,021,936,00

Таблица 9
Урожайность огурца в пленочной теплице при поливе различной водой, 1999-2001 годы.ВариантИюньИюльАвгустСентябрьВсегокг/м²% к контролюВода обычная0,43,96,21,311,8100Вода БАВ0,54,86,41,713,4114Биопрос0,44,66,51,412,9109Вода БАВ + биопрос0,54,87,21,814,3121

Таблица 10
Морфологические данные рассады томата, 2001 год.ВариантВысота растения, смДиаметр стебля, смРасстояние до 1 кисти, смЧисло цветков и бутонов, штукЧисло листьев, штукПлощадь листьев дм²Вода обычная71,80,551,811,29,07,2Вода БАЗ67,40,550,013,09,66,8

Таблица 11
Урожайность томата при поливе водой БАВ, 2001ВариантИюльАвгустВсего, кг/м²% к контролюСредняя масса плода, гВода обычная0,95,56,4100160,5Вода БАВ1,25,87,0109100,2

Источники информации

1. Папонов А.Н. Частное овощеводство. Пермь. 1991.

2. Тараканов Г.И., Вольф Л.К., Василенко Н.Г. и др. Методические рекомендации по выращиванию и внедрению новых сортов и гибридов овощных культур селекции ТСХА. М., 1988.

3. Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем. Труды 2-го Всес. совещ. М.: Цветметинформация. 1971. 316 с.

4. Яковлев Н.П., Колобенков К.И. Вестник сельскохозяйственной науки. 1976. №6. С.101-106.

5. Васильев В.В., Слесаренко В.В., Гурская Т.А., Примачев В.В. Активированная вода улучшает плодоношение овощных культур // Ж. Картофель и овощи. 2000. №6.

6. Гривнин Ю.А., Зубрилов А.С., Зубрилов С.П., Афанасьев С.П. // Ж. Физ. химии. 1996. Т.70. №5. С.927-930

7. Большая Советская энциклопедия. М.: Советская энциклопедия. 3-е изд. 1973. Т.11. С.111-113.

8. Перник А.Д. Проблемы кавитации. 2-е изд. Л., 1966.

Изобретение относится к области производства биологически активной воды на основе обычной воды. Воду подвергают обработке в роторном кавитационном аппарате при температуре 15-70°С в течение 5-50 циклов при числе оборотов ротора кавитатора 2000-12000 в минуту. Технический результат состоит в повышении эффективности обработки, в результате чего повышается урожайность сельскохозяйственных культур, увеличивается содержание витамина С, каротина, сахара в плодах и снижается содержание нитратов и тяжелых металлов в них. 11 табл.

Способ получения биологически активной воды на основе обычной воды путем ее энергетической обработки, отличающийся тем, что обычную воду подвергают обработке в роторном кавитационном аппарате при температуре 15-70°С, в течение 5-50 циклов и числе оборотов ротора кавитатора 2000-12000 в мин.