СПОСОБ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ИЗ ДИСТИЛЛЯТА Российский патент 2011 года по МПК C02F1/68 A23L2/38 C02F103/04 

Изобретение относится к технологии получения питьевой воды путем минерализации дистиллята.

Метод обработки воды, направленный на снижение общего солесодержания, называется обессоливанием. Различают полное и частичное обессоливание воды. При полном обессоливании достигаемое остаточное солесодержание составляет десятые или сотые доли миллиграмма на 1 литр воды. Если же из воды удаляются только основные ионы для уменьшения общего солесодержания, то такое обессоливание называется частичным. Опреснение морской или пресной воды для последующего получения воды питьевого назначения представляет собой один из вариантов частичного обессоливания. Наиболее применимым в настоящее время является метод частичного обессоливания с помощью установок обратного осмоса. Актуальность получения минерализованной воды из дистиллята с заданным количеством солей объясняется так называемыми «болезнями недостаточности», которые связаны с хроническим недополучением макро- и микроэлементов. Например, недостаточность микроэлементов приводит к заболеванию анемией, которому особенно подвержены дети и женщины. Существуют также другие болезни, связанные с «микроэлементным голодом». В пище, которую употребляют люди в настоящее время, существенно не хватает микро- и макроэлементов. Поэтому одним из путей восполнения этих элементов является метод частичного обессоливания.

Известен способ получения питьевой воды из дистиллята (Авторское свидетельство СССР №407840. Кл. C02F 1/68. 1973 г.), включающий смешивание опресненной морской воды с минерализующей добавкой, в качестве которой используют осветленный сбросовый рассол в количестве 1-2% от общего объема получаемой питьевой воды.

Общим признаком аналога и заявляемого изобретения является смешивание дистиллята с минерализующей добавкой. Этот способ немного повышает вкусовые качества воды, упрощает технологическую схему получения питьевой воды, но имеет существенный недостаток - питьевая вода содержит в основном лишь ионы хлора и натрия, да еще и большом количестве, а эти элементы и без того в большом количестве поступают в организм с пищей. И если вкусовые качества такой воды могут быть вполне приемлемыми, то по физиологическим показателям она способствует накоплению в крови ионов натрия, что ведет к отекам и к повышению артериального давления.

Известен также другой способ минерализации опресненной воды для придания ей потребительских качеств (Авторское свидетельство СССР №464535, кл. C02F 1/68, 1975 г.), который в качестве минерализующей добавки использует природную соленую воду, например морскую. В соответствии с данным способом опресненная вода наполняется минеральными веществами из природной соленой воды, ионы которых проходят через ионитовые мембраны, что в некоторой мере снижает жесткость получаемой воды, но, как и в предыдущем способе, оставляет в воде много ионов хлора и натрия.

В данном случае общим с заявляемым изобретением является то, что опресненная вода минерализуется, но этот способ, равно как и предыдущий и по тем же причинам, не может дать оптимальную питьевую воду, которая способствовала бы сохранению здоровья человека.

Известен также такой способ минерализации опресненной воды (Авторское свидетельство СССР №715493, кл. C02F 1/16, 1980 г.), когда для получения питьевой воды в опресненную вводят углекислый газ и затем пропускают воду, обогащенную углекислотой, через известняк-ракушечник (кальций углекислый) с размерами зерен 0,3-1 мм.

Общим с заявляемым изобретением является то, что опресненная вода минерализуется, но ни способ минерализации, ни солевой состав получаемой воды не совпадает с предлагаемым. По этому способу вода минерализуется преимущественно бикарбонатом кальция и поэтому в воде содержится очень много ионов кальция (более 100 мг/л). Получается очень жесткая вода, которая резко ухудшает все показатели здоровья.

Исследования природных вод в тех географических районах, где относительно много долгожителей (Абхазия, Дагестан, Нагорный Карабах и Якутия), показали, что природные воды в этих районах содержат не более 10 мг/л ионов кальция, а суммарное потребление ионов кальция с питьевой водой и с продуктами питания в этих районах не превышает 400 мг в сутки (опубликовано в книгах «Как продлить быстротечную жизнь», Одесса, 2001 и Актюбе - Казахстан, 2004, и «Вода здоровья и долголетия», Одесса, 2005. Автор книг - Друзьяк Н.Г.). А так как в большинстве стран (вся Украина и большая часть Европы) природная вода содержит не менее 40 мг/л ионов кальция, что способствует повышенному содержанию солей кальция во всех продуктах питания, выращенных на такой воде, то имеет смысл не включать в состав солей, предназначенных для минерализации опресненной воды, соли кальция. Поэтому названный выше способ минерализации опресненной воды нас никак не может удовлетворить.

Кроме того, перечисленные способы минерализации воды предназначены для централизованного водоснабжения населенных пунктов, а поэтому для них очень важен фактор стабильности воды. Повышенное содержание бикарбоната кальция способствует в таком случае снижению коррозионной активности получаемой воды. Предлагаемый же способ минерализации опресненной воды предназначен не для централизованного водоснабжения, а только для бутылирования.

Близким к заявляемому является способ, описанный в ТУ 6-09-3457-83.

В соответствии с указанным, в 5 тонн дистиллята вводят (в граммах): натрий кислый сернокислый - 480; магний сернокислый 7-водный - 406; кальций хлористый кристаллический - 1610; бикарбонат натрия - 1313 и натрий фтористый - 9.

Общим с заявляемым изобретением является минерализация дистиллята определенным набором солей, одна из которых (сульфат магния) совпадает. Из приведенного солевого соединения, вводимого в дистиллят согласно ТУ, следует, что, как и в других технических решениях, в питьевой воде образуется повышенное содержание ионов кальция. К тому же, дополнительно вводится большое количество ионов натрия. Эта вода предназначалась для моряков дальнего плавания, однако от ее использования отказались, так как она содержала неоправданно большое количество ионов натрия. Кроме того, в этой воде совершенно не была сбалансирована по отношению к натрию магниевая соль (всего 8 мг/л в пересчете на ион Mg²⁺).

Физиологически эта вода неполноценна, поэтому и не нашла применение ни в каких сферах. Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения питьевой воды, описанный в патенте Российской Федерации №2051125 (опубликованный 27.12.1995 г.). Способ предусматривает введение в дистиллят предварительно растворенных солей. Сульфат магния вводят в количестве 24-40 мг/л (в пересчете на ион Mg²⁺), а сульфат калия вводят в количестве 115-195 мг/л (в пересчете на ион К⁺. Смесь выдерживают в течение суток.

Состав полученной таким способом воды близок к оптимальному, но и у него имеется такой недостаток, как повышенное солесодержание (до 635 мг/л), а, как известно, чем выше солесодержание, тем хуже вода усваивается нашим организмом, а это, в некоторой мере, способствует обезвоживанию организма (см. книги: Лодзинский А.А, Лекции по общей бальнеологии, Москва, 1949, и Таубе П.Р., Барванова А.Г., «Химия и микробиология воды, Москва, 1983). По этой причине следовало бы уменьшить содержание солей, не снижая при этом их позитивного эффекта.

Данный способ выбран в качестве прототипа.

Прототип и заявляемый способ имеют такие общие признаки:

- введение в дистиллят сульфата магния;

- введение в дистиллят сульфата калия;

- выдержка полученной смеси в течение заданного времени.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача создать способ минерализации питьевой воды, в котором путем введения в дистиллят дополнительных солей, а также подбора их количества, обеспечить улучшение качества воды за счет сбалансированности содержания необходимых макро- и микроэлементов. Поставленная задача решена в способе минерализации питьевой воды из дистиллята, включающем введение в дистиллят сульфата магния, сульфата калия и последующую выдержку, тем, что дополнительно вводят сульфат цинка и сульфат марганца, причем сульфат магния вводят в количестве 24-30 мг/л (в пересчете на ион Mg²⁺), сульфат калия - 80-100 мг/л (в пересчете на ион К⁺), сульфат цинка - 2,0-4,5 мг/л (в пересчете на ион Zn²⁺), сульфат марганца - 0,04-0,09 мг/л (в пересчете на ион Mn²⁺), а выдержку осуществляют в течение 1,5 -2,0 часов.

Новым в заявляемом изобретении является:

- введение в дистиллят дополнительных солей: сульфата цинка и сульфата марганца;

- концентрация вводимых солей;

- время выдержки.

Достижение заявленного результата - улучшение качества воды за счет сбалансированности содержания необходимых веществ - можно объяснить следующим.

Учитывая, что магний и калий являются преимущественно внутриклеточными элементами и их ионы участвуют в работе множества ферментов, можно было бы усилить их роль в клетках организма, как, например, в эритроцитах и во всем опорно-двигательном аппарате, введя в питьевую воду сопутствующие вышеуказанным ионам ионы таких элементов как марганец и цинк. При этом можно даже снизить введение в питьевую воду сульфата калия до 80-100 мг/л (в пересчете на ион К⁴⁺). С точки зрения биологии, обмен веществ - это цепь сложных химических процессов, происходящих в клетках организма. Без микроэлементов и витаминов они невозможны. И вот почему. Во-первых, микроэлементы способствуют выработке ферментов, которые выполняют роль катализаторов, ускорителей и пускателей химических процессов. Известно, например, что цинк участвует в создании 200 ферментов, магний - 300, а селен - 60-ти. Недостаток одного из элементов способен расстроить всю ферментную систему и стать причиной множества заболеваний. А, во-вторых, микроэлементы необходимы для выработки более чем 200 гормонов. Гормоны - это регуляторы всех обменных процессов, протекающих в клетках. Именно они делают нас здоровыми, энергичными и счастливыми. Например, миллионы украинцев имеют различные заболевания щитовидной железы. Традиционно считают, что основной причиной болезней щитовидной железы является дефицит йода. Это простое и удобное объяснение могло быть бесспорным 100 лет назад. Сегодня же известно, что для выработки гормонов щитовидной железы нужны не только йод, но и селен, железо, цинк, марганец и другие. Недостаток любого из этих элементов блокирует деятельность щитовидной железы.

Для населения многих регионов недостаток микроэлементов в продуктах питания и воде - это большая проблема. Как указанно выше, такой недостаток микроэлементов приводит к заболеванию - железодефицитной анемии (малокровию). Причина заболевания не только в дефиците железа, как это может показаться на первый взгляд, но и в том, что кроветворные клетки не в состоянии вырабатывать гемоглобин. Чтобы нормально продуцировать гемоглобин, кроветворной клетке нужны кроме железа еще и такие микроэлементы, как цинк и марганец.

Причина микроэлементной недостаточности заключается в истощении земель, поэтому продукты не содержат в себе и 50% тех микроэлементов, которые должны быть в них. Кроме того, есть регионы, в которых почва бедна на жизненно необходимые макро- и микроэлементы.

По числу лиц, пораженных недугом, заболевания опорно-двигательного аппарата занимают второе место после сердечно-сосудистых. В настоящее время только в США ежегодно делают 500 тысяч операций по протезированию суставов. В борьбе с самим заболеванием положение близко к катастрофическому: сегодня признаки артроза наблюдаются у 80% лиц старше 40 лет и почти у каждого старше 50 лет.

Причина и суставных заболеваний, и остеопороза связана с нарушением обмена веществ. И недостающим звеном в этом нарушенном обмене веществ является марганец. Достоверно установлено, что недостаток марганца приводит к развитию остеопороза. Это заболевание часто пытаются вылечить повышенным потреблением кальция, но желаемого результата не достигают, потому что кальций затрудняет усвоение марганца в организме, тем самым усугубляя его дефицит. А без марганца нарушается синтез костной ткани. Поэтому если вводить марганец в организм с питьевой водой, в которой не будет ионов кальция, то будет обеспечены благоприятные условия для усвоения марганца. Отмечено также замедленное сращивание костей при травмах, если в крови низкий уровень марганца.

Марганец играет важную роль в метаболизме клетки. Он входит в состав активного центра многих ферментов - пируваткиназы, супероксиддисмутазы, фосфотрансферазы, аргиназы, нуклеазы и других. Особый интерес представляет связь марганца с некоторыми ферментами, участвующими в синтезе кислых гликозаминогликанов, гликопротеидов и липополисахаридов. Кислые гликозаминогликаны играют важную роль в формировании хряща и костной ткани. А марганец при этом выполняет функцию катализатора, способствуя образованию связи между тикозамином и серином при биосинтезе кислых гпикозаминогликанов в хрящевой ткани (гликозаминогликаны всегда стремятся принять конфигурацию очень рыхлого клубка и занимают огромный для своей массы объем, а будучи гидрофильными, они притягивают огромное количество воды и поэтому образуют гидратированный гель). Поэтому при дефиците марганца у людей уменьшается содержание кислых гпикозаминогликанов в хрящевой ткани. Сращивание же костей начинается с синтеза хрящевой ткани между обломками костей, а затем хрящевая ткань заполняется фосфорнокислым кальцием. Поэтому недостаточное поступление марганца в организм может на значительное время сдерживать сращивание костей.

При дефиците марганца отмечается снижение роста и аномальное развитие скелета. Низкорослые дети потребляют всего лишь около 60% марганца, усваиваемого детьми высокого роста.

Недостаточное потребление марганца ведет к задержке роста волос и ногтей.

Марганец является важным фактором, лимитирующим выработку инсулина.

При дефиците марганца также снижается активность ряда ферментов углеводного обмена (ниже будет идти речь об углеводном обмене в эритроцитах), происходит жировая инфильтрация печени и повышенное отложение жира, повышается концентрация липопротеидов низкой плотности (которые способствуют атеросклерозу), ограничивается синтез половых гормонов и ухудшаются воспроизводительные функции.

Недостаточность марганца способствует и анемии - имеется прямо пропорциональная зависимость между содержанием марганца в рационах и уровнем гемоглобина в крови.

Эритроциты отличаются от состава плазмы не только тем, что в них содержится гемоглобин, но еще в них содержится много ионов калия, магния цинка и марганца. По сравнению со всеми тканями организма больше всего калия находится в эритроцитах - 115 мэкв/кг, в мышцах - 100 мэкв/кг, а в сердце - 64 мэкв/кг. Это внутриклеточный элемент. Точно таким же внутриклеточным элементом является и магний, его концентрация в клетках всегда превышает концентрацию во внеклеточной среде. Так, содержание ионов магния в плазме крови составляет (в процентном соотношении) 1,7-2,8 мг, а в эритроцитах 3,4-5,8 мг.

В эритроцитах нет ни ядра, ни митохондрий, в них ограничен синтез белка и нет окислительного фосфорилирования. Обменные процессы в них представлены в основном анаэробным гликолизом. На заключительной стадии гликолиза (превращение 2-фосфоглицериновой кислоты в фосфоенолпируват осуществляется в результате реакции дегидратации, катализируемой фосфопируват-гидратазой) участвует фермент (катализирующий эту реакцию), который нуждается в ионах Mg²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, антагонистами которых являются ионы Са²⁺. Поэтому введение солей магния, цинка и марганца в питьевую воду, не содержащую ионов кальция, будет благоприятно сказываться на усвоении ионов металлов этих солей.

А реакцию между фосфоенолпируватом и АДФ с образованием пировиноградной кислоты и АТФ (при указанном выше гликолизе) катализирует пируваткиназа, нуждающаяся для проявления своей активности в ионах Mg²⁺, Mn²⁺ и К⁺. Ионы же Са²⁺ опять выступают как антагонисты ионов марганца. Поэтому и в данном случае микроэлемент марганец (соль MnSO₄) желательно вводить в питьевую воду, не содержащую ионы кальция.

С введением в питьевую воду солей марганца (MnSO₄) пируваткиназа настолько активируется, что количество калийной соли в этой же воде может быть значительно снижено (верхний предел 195 мг/л может быть понижен до 150 мг/л).

Цинк содержится преимущественно в эритроцитах, где входит в состав карбоангидразы. Этот фермент катализирует обратимую реакцию расщепления угольной кислоты до углекислого газа и воды и является одним из наиболее распространенных и наиболее активных ферментов организма человека. Он участвует в осуществлении таких функций организма, как транспортировка СО₂, образование соляной кислоты в желудке и поддержание кислотно-щелочного баланса в крови. Впервые карбоангидразу обнаружили в эритроцитах. Карбоангидраза является металлоферментом (цинк-протеидом). Благодаря введению цинка (соль ZnSO₄) в питьевую воду настолько активируется деятельность всех ферментов, находящихся в эритроцитах (а их всего 140), что артериальная кровь меняет свой цвет с темно-красного на алый, что означает более глубокое насыщение артериальной крови кислородом.

Потребность в цинке составляет: у взрослых людей 10-15 мг в сутки, у детей - 4-5, у детей грудного возраста - 0,3 мг на 1 кг массы тела.

Недостаточность цинка - довольно распространенное явление. В естественных условиях фактором, вызывающим или усугубляющим недостаточность цинка, служит повышенный уровень кальция в рационах и в питьевой воде.

Недостаточность цинка - это и низкий рост, и проблемы с половым развитием, и огрубление кожи, и летаргия (резкое угнетение всех признаков жизни), и снижение аппетита, и апатия, и депрессия. К признакам гипоцинкоза относится и повышенная раздражительность, и нарушение координации движения. Описаны случаи тяжелейших депрессий при дефиците цинка.

Заметное действие ионов цинка начинает проявляться при введении в воду 2 мг/л сульфата цинка и наиболее эффективно при 4,5 мг/л (в пересчете на ион Zn²⁺).

Заметное действие ионов марганца начинает проявляться при введении в воду 0,04 мг/л сульфата марганца и наиболее эффективно при 0,09 мг/л (в пересчете на ион Mn²⁺).

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно растворяют в небольшом количестве дистиллята отдельно сульфат магния, сульфат калия, сульфат цинка и сульфат марганца. Для этого используют соли квалификации «ч», «хч», «чда». Затем в большую емкость наливают заданное количество дистиллята, после чего в дистиллят последовательно вводят предварительно приготовленные растворы сульфата магния, сульфата калия, сульфата цинка и сульфата марганца при медленном перемешивании. Очередность введения не имеет значения. Приготовленную таким образом минерализованную воду перемешивают и выдерживают 1,5-2,0 часа, после чего разливают в необходимую тару (пластиковые бутылки, бутыли, банки и т.п.).

Пример 1.

Получили 1000 л минерализованной воды в соответствии с заявляемым способом.

Для этого взяли 950 л дистиллята и последовательно добавили в него предварительно растворенные в 20 л дистиллята 246 г сульфата магния 7-водного, 200 г сульфата калия, также растворенного в 20 л дистиллята, 10 г сульфата цинка, растворенного в 5 л дистиллята и, 240 мг сульфата марганца, растворенного в 5 л дистиллята. Полученную таким образом минерализованную воду тщательно перемешали и оставили для выдержки на 1,5 часа, чтобы все соли равномерно растворились по всему объему воды. Анализ, проведенный через 2 часа, через сутки и через двое суток, показал следующий ионный состав: K⁺=90 мг/л, Mg²⁺=24 мг/л, Zn²⁺=4,0 мг/л, Mn²⁺=0,09 мг/л и SO₄ ^2-=214 мг/л.

Примеры 2-11 иллюстрируют получение минерализованной воды с содержанием ионов Mg²⁺, Mn²⁺, K⁺ и Zn²⁺. Данные приведены в таблице.

Как видно из таблицы, в примерах 4, 8, 9 и 10 результаты отсутствуют, а при введении сульфатов магния, цинка, калия и марганца выше либо ниже заявляемых пределов, наблюдается не только отсутствие результатов, но и негативные последствия. В частности, в примере 4 отсутствует эффект стабилизации из-за недостатка марганца. В примере 6 наблюдаются признаки сердечной недостаточности вследствие недостатка калия. В примере 7 наблюдается усиленный мочегонный эффект из-за избытка калия. В примерах 8 и 9 отсутствовал эффект стабилизации вследствие недостатка цинка или избытка цинка. В примере 10 из-за избытка марганца вода приобрела металлический привкус, эффект стабилизации отсутствовал. В примере 11 вследствие повышенного содержания магния наблюдалось повышенное расширение сосудов, людей «бросало в жар».

Примеры 1, 2, 3 и 5 иллюстрируют положительные результаты, при длительном употреблении повышался жизненный тонус, вода отвечала всем физиологическим потребностям.

Изобретение промышленно легко осуществимо, способ не требует сложного технологического оборудования. Этот способ можно применять в любом населенном пункте, в котором отсутствует качественная питьевая вода, но есть любая природная вода, даже слишком минерализованная, из которой без особого труда и при небольших энергозатратах можно приготовить высококачественную питьевую воду.

Систематическое использование этой воды в качестве питьевой в течение непродолжительного времени (2-3 месяца) решает проблемы с сердечно-сосудистой системой, при этом картина крови становится великолепной. В течение указанного выше времени перестают болеть суставы у людей, много лет страдающих заболеваниями суставов. Здоровой и эластичной становится кожа, не выпадают волосы, красивыми становятся ногти.

Изобретение относится к технологии получения питьевой воды путем минерализации дистиллята. Для осуществления способа предварительно растворяют в небольшом количестве дистиллята отдельно сульфат магния, сульфат калия, сульфат цинка и сульфат марганца. Затем в большую емкость наливают заданное количество дистиллята, после чего в дистиллят последовательно вводят предварительно приготовленные растворы сульфата магния, сульфата калия, сульфата цинка и сульфата марганца при медленном перемешивании. Приготовленную таким образом минерализованную воду перемешивают и выдерживают 1,5-2,0 часа, после чего разливают в необходимую тару. Предложенный способ обеспечивает получение минерализованной питьевой воды улучшенного качества за счет сбалансированности необходимых макро- и микроэлементов. 1 табл.

Способ минерализации питьевой воды из дистиллята, включающий введение в дистиллят сульфата магния, сульфата калия и последующую выдержку, отличающийся тем, что дополнительно вводят сульфат цинка и сульфат марганца, причем сульфат магния вводят в количестве 24-30 мг/л (в пересчете на ион Mg²⁺), сульфат калия - 80-100 мг/л (в пересчете на ион К⁺), сульфат цинка - 2,0-4,5 мг/л (в пересчете на ион Zn²⁺), сульфат марганца - 0,04-0,09 мг/л (в пересчете на ион Мn²⁺), а выдержку осуществляют в течение 1,5-2,0 ч.