Способ получения питьевой воды Российский патент 2022 года по МПК C02F1/52 C02F9/12 C02F103/04 

Изобретение относится к способу и установке для обработки воды и может быть использовано в пищевой промышленности для улучшения свойств питьевой воды.

Плазмохимия, область химии, в которой изучаются химические процессы в низкотемпературной плазме, закономерности протекания реакций в ней и основы плазмохимической технологии. Плазма с температурой 10³÷2×10⁴ К и при давлении 10^-6-10⁴ ama, а также неравновесная плазма искусственно получается в устройствах, называемых плазматронами. В настоящее время разработано множество методов очистки воды. Основными из них являются: механическая фильтрация, биохимические методы, химические методы, озонирование, гидрокавитационная обработка, акустическая обработка, ультрафиолетовая обработка, электроимпульсная обработка, рентгеновская обработка, ударные волны. Одним из наиболее перспективных методов водоподготовки и очистки сильнозагрязненных сточных вод являются методы основанные на плазмохимических процессах в жидко-газовых средах. В этом отношении весьма перспективным представляется применение холодной плазмы, которая создается непосредственно в обрабатываемых жидкостях и газах или на поверхности стерилизуемых объектов. Взаимодействие активных частиц плазмы с вредными химическими соединениями или микроорганизмами приводит к их разрушению.

Технология плазмохимической обработки воды и промышленных стоков представляет собой так называемый деструктивный метод, в основу которого, в отличие от регенеративных методов, удаляющих примеси из воды в твердую (адсорбция), газовую (десорбция) или неводную жидкую (экстракция) фазы, положено внесение химических изменений в структуру и состав молекул примесей. Причем наиболее действенным превращением является окисление веществ, которое также служит наиболее эффективным средством в отношении микроорганизмов, в том числе и патогенных.

Известен способ получения воды, содержащей фуллерены, которые включают молекулы воды и плавают в воде при горении смешанного газа кислорода и водорода в воде при высоком давлении и при горении графита, используя произведенный газ сгорания, и устройство для осуществления способа, предусматривающее стойкий к давлению контейнер, реактивный носик для смешиванного газа кислорода, водорода и графита, систему воспламенения, камеру сгорания и устройство фильтрации (US 6833145 В1, 21.12.2004).

Недостатком аналога является то, что известный способ и устройство для его осуществления не являются экологически безопасными, полученная вода не может быть использована для постоянного употребления человеком, так как содержат химические элементы выделяемые при сгорании, способные накапливаться в человеческом организме, что может спровоцировать те или иные заболевания, повышенные энергозатраты.

Известен способ и устройство для плазмохимической переработки воды. При этом способ плазмохимической переработки воды включает обработку исходного сырья, содержащего углеводороды, при котором на сырье воздействуют продуктами низкотемпературной плазмы электрического разряда со значением параметра E/N в диапазоне от 1×10^-16 до 20×10^-16 В⋅см², где Е - напряженность приложенного электрического поля, N - полная концентрация молекул и атомов в плазме, с возможностью введения в сырье катализаторов, а также химических веществ, изменяющих рН и ионную силу растворов. Устройство для плазмохимической переработки воды выполнено на основе источника питания электроразрядной плазмы, системы подготовки жидкой компоненты, системы подготовки газообразной компоненты и плазмохимического реактора. В качестве источника питания электроразрядной плазмы используют источник, обеспечивающий горение электрического разряда в непрерывном режиме или в импульсно-периодическом режиме (RU 2448768 С2, 27.04.2012).

Недостатком аналога является обязательное использование катализаторов для изменения рН среды, а именно, добавление солей, кислот или щелочей, для смещения точек химического и ионного равновесия, то есть полученная вода не может постоянно применяться человеком, в качестве питьевой воды.

Наиболее близким аналогом является способ получения питьевой воды, предусматривающий последовательные стадии осуществления процесса: забор воды из природного источника, отстаивание воды с доступом кислорода воздуха в емкости объемом 20-40 м в течение 10-15 часов, обработка воды, которая осуществляется путем пропускания воды, через устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр, через центральную полость устройства проходит вода из подающей трубы, закручивается встречными потоками по спирали устройства и в магнитной трубе, и далее обработка фуллеренами, которая осуществляется путем пропускания воды через цилиндрическое устройство, содержащее внутренний цилиндр с отверстиями, в который периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn и которая получена следующим образом: в 2-литровую колбу наливают 2 л исходной воды и в нее добавляют гидратированный фуллерен в концентрации 14,4 мг/л, колбу вращают в течение 1 минуты против часовой стрелки со скоростью, способствующей образованию воронки, затем воду отстаивают в течение 2-х минут, повторно вращают в течение 30 секунд, снова отстаивают 2 минуты, из полученного раствора берут 1 мл и вливают в 1 литр исходной воды, процедуру повторяют до получения раствора фуллеренов C₆₀HyFn с концентрацией 10^-20 моль/л, розлив полученной питьевой воды. А также установка для получения питьевой воды, содержащая, по меньшей мере, одно устройство для забора воды, емкость из нержавеющей стали объемом 20-40 м³, устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр, через центральную полость устройства проходит вода из подающей трубы, которая закручивается встречными потоками по спирали и в магнитной трубе, устройство для обработки воды фуллеренами, которое представляет собой цилиндрическое устройство, содержащее внутренний цилиндр с отверстиями, в который периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn, при этом внутренний цилиндр имеет отверстия размером 1-100 нм, и систему розлива (RU).

Недостатком наиболее близкого аналога является

Задачей изобретения является повышение качества воды, которая может быть использована для постоянного употребления человеком без вреда для здоровья, а также снижение энергозатрат при производстве воды, повышение надежности и экологичности, а также увеличение сроков сохранения заявленных свойств полученной воды.

Поставленная задача решается тем, что способ получения питьевой воды, согласно изобретению, предусматривает последовательные стадии осуществления процесса: забор воды из природного источника, отстаивание воды с доступом кислорода воздуха в емкости объемом 20-40 м в течение 7-9 часов, обработка воды, которая осуществляется путем пропускания воды, через устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр, через центральную полость устройства проходит вода из подающей трубы, закручивается встречными потоками по спирали устройства и в магнитной трубе, и далее обработка фуллеренами, которая осуществляется путем пропускания воды через цилиндрическое устройство, содержащее внутренний цилиндр с отверстиями, в который периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn до получения раствора фуллеренов C₆₀HyFn с концентрацией 2*10^-20 моль/л, затем через формирователь пленочного потока воды пленка жидкости стекает по внутренней поверхности цилиндрического корпуса, который является внешним электродом, при этом пленка жидкости закручивается встречными потоками вокруг внутреннего электрода, при этом осуществляется обработка воды холодной плазмой при следующих параметрах частота от 1 до 40 МГц и удельная мощность от 0.003. до 1.5 Вт/см^3, затем полученную воду разливают.

Техническим результатом заявленного изобретения является получение питьевой воды, обладающей улучшенными вкусовыми и органолептическими свойствами, при совместном использовании всех указанных видов обработки, а именно насыщение кислородом, обработки фуллеренами, а также обработка холодной плазмой при заявленных режимах.

Фуллерены действуют как мощный антиоксидант долговременного характера. Свободные радикалы возникают в процессе окисления. Небольшой процент их присутствия в организме даже необходим, но избыток губителен.

Именно заявленная последовательность, режимы осуществления процесса и заявленное устройство позволяет получить питьевую воду, собранную из природного источника, обладающую следующими свойствами:

- рН воды из природного источника 5,5-6,5, а полученной воды - 7,5-8,6;

- ОВП воды из природного источника +250 - +350, а полученной воды - -40 - +60.

Вода, полученная при заявленных режимах, позволяет получить воду с вышеуказанными свойствами. Насыщение воды кислородом в течение менее 7 часов может привести к низкому насыщению кислородом обрабатываемой воды и недостаточно высокий уровень устойчивого во времени пересыщенного кислородом состояния обработанной воды. В то же время, увеличение времени насыщения кислородом более 9 часов не улучшает качество получаемой питьевой воды, а увеличивает расход электроэнергии, что сказывается на себестоимости продукции. Прохождение воды из подающей трубы по спирали устройства и через магнитную трубу позволяет получить воду с заявленными параметрами окислительно-восстановительного потенциала и рН. Обработка фуллеренами при заявленных режимах позволяет получить воду с определенными свойствами, при уменьшении концентрации растворов фуллерена полученная вода не будет обладать заявленными свойствами, а при увеличении концентрации растворов фуллеренов - вода не будет пригодна для питья. Уменьшение размеров отверстий внутреннего цилиндра, устройства для обработки фуллеренами, не позволит провести необходимую обработку фуллеренами, а увеличение размеров отверстий может привести к повышенному содержанию в готовой воде фуллеренов, что также негативно скажется на качестве получаемой воды. Изменение режимов обработки холодной плазмой не позволяет достичь вышеуказанных конечных параметров воды. Генератор холодной плазмы использует генерируемый активный материал, а также тепловые и световые волны, генерируемые при смешивании, для подготовки питьевой воды.

Технический результат будет достигаться только при использовании заявленных режимов.

Установка для получения питьевой воды, по меньшей мере, одно устройство для забора воды, резервуар для отстаивания воды, объемом 20-40 м, устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр, через центральную полость устройства проходит вода из подающей трубы, которая закручивается встречными потоками по спирали и в магнитной трубе, устройство для обработки воды, которое состоит из двух совмещенных цилиндрических частей, первая часть представляет собой цилиндрическое устройство которое сужается к концу и содержит внутренний цилиндр с отверстиями, в который периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn, при этом внутренний цилиндр имеет отверстия размером 1-100 нм, и вторая часть, которая имеет расширение вначале, и у которой стенки цилиндрической части являются внешним электродом, а внутренний электрод жестко закреплен внутри второй части и зафиксирован на формирователи пленочного потока воды, который закручивает воду в встречными потоками, и систему розлива.

Способ осуществляется следующим образом.

Воду, устройством для забора воды забирают из природного источника и направляют в резервуар для отстаивания воды, который представляет собой емкость из нержавеющей стали объемом 20-40 м. В вышеуказанной емкости вода отстаивается с доступом кислорода в течение 7-9 часов. После настаивания воду подают в устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр. Обработка осуществляется путем пропускания воды, через устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр. Через центральную полость устройства проходит вода из подающей трубы, закручивается встречными потоками по спирали и в магнитной трубе. Далее обработанная вода поступает в устройство для обработки воды. Устройство для обработки воды представляет собой цилиндрическое устройство, которое состоит из двух совмещенных цилиндрических частей, первая часть представляет собой цилиндрическое устройство которое сужается к концу и содержит внутренний цилиндр с отверстиями, в который периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn, при этом внутренний цилиндр имеет отверстия размером 1-100 нм, и вторая часть, которая имеет расширение вначале, и у которой стенки цилиндрической части являются внешним электродом, а внутренний электрод жестко закреплен внутри второй части и зафиксирован на формирователи пленочного потока воды, который закручивает воду в встречными потоками. При этом в первой части - во внутренний цилиндр периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn до получения раствора фуллеренов C₆₀HyFn с концентрацией 2*10^-20 моль/л. А во внешний цилиндр устройства для обработки воды поступает вода из устройства, имеющего внешний и внутренний цилиндр, которая обогащается фуллеренами C₆₀HyFn. Затем полученная вода через формирователь пленочного потока стекает по внутренней поверхности второй части цилиндрического корпуса, который является внешним электродом. При этом пленка жидкости закручивается встречными потоками вокруг внутреннего электрода. Затем в цилиндрическом корпусе между внутренним электродом и внешним электродом зажигается плазма. При этом осуществляется обработка воды холодной плазмой при следующих параметрах частота от 1 до 40 МГц и удельная мощность от 0,003. до 1,5 Вт/см³. После полной обработки воду направляют на розлив.

Под термином «энергонасыщенность воды» понимается интенсивность (амплитуда) и продолжительность вспышки излучения, наблюдаемой при добавлении в воду «Реагента» (раствора соли двухвалентного железа и сенсибилизатора люминесценции - люминола), регистрируемой фотоэлектронным умножителем детектора одиночных фотонов. Для измерения энергонасыщенности воды в одноразовую пробирку типа Эппендорф заливали 1 мл тестируемой воды и вносили 10 мкл «Реагента». Использовали реагент, который давал после добавления к воде конечные концентрации FeSO₄ и люминола 10 мкМ и 10 мкМ, соответственно. После добавления реагента к воде и перемешивания пробирку помещали в счетчик одиночных фотонов «Биотоке 7» и регистрировали излучение из пробы за период не менее 60 сек с временным разрешением в 1 сек. Каждое измерение проводили в трех параллелях. По результатам измерений рассчитывали среднее значение амплитуд волн излучения и сумму импульсов за 50 сек. Эксперименту подвергали воду, забранную из источника, и воду, полученную заявленным способом. После 24-часового выдерживания исходной и готовой воды в контакте с воздухом, активность готовой воды в несколько раз превышает активность исходной воды, при этом значения рН указанных вод не отличалось.

Пример 1.

Воду, устройством для забора воды, забирают из природного источника и направляют в резервуар для отстаивания воды, который представляет собой емкость из нержавеющей стали объемом 40 м. В вышеуказанной емкости вода отстаивается с доступом кислорода в течение 7 часов. После настаивания воду подают в устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр. Обработка осуществляется путем пропускания воды, через устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр. Через центральную полость устройства проходит вода из подающей трубы, закручивается встречными потоками по спирали и в магнитной трубе. Далее обработанная вода поступает в устройство для обработки воды. Устройство для обработки воды представляет собой цилиндрическое устройство, которое состоит из двух совмещенных цилиндрических частей, первая часть представляет собой цилиндрическое устройство которое сужается к концу и содержит внутренний цилиндр с отверстиями, в который периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn, при этом внутренний цилиндр имеет отверстия размером 50 нм, и вторая часть, которая имеет расширение вначале, и у которой стенки цилиндрической части являются внешним электродом, а внутренний электрод жестко закреплен внутри второй части и зафиксирован на формирователи пленочного потока воды, который закручивает воду в встречными потоками. При этом в первой части - во внутренний цилиндр периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn до получения раствора фуллеренов C₆₀HyFn с концентрацией 2*10^-20 моль/л. А во внешний цилиндр устройства для обработки воды поступает вода из устройства, имеющего внешний и внутренний цилиндр, которая обогащается фуллеренами C₆₀HyFn. Затем полученная вода через формирователь пленочного потока стекает по внутренней поверхности второй части цилиндрического корпуса, который является внешним электродом. При этом пленка жидкости закручивается встречными потоками вокруг внутреннего электрода. Затем в цилиндрическом корпусе между внутренним электродом и внешним электродом зажигается плазма. При этом осуществляется обработка воды холодной плазмой при следующих параметрах частота 20 МГц и удельная мощность 0,75 Вт/см³. После полной обработки воду направляют на розлив.

Пример 2.

Воду, устройством для забора воды, забирают из природного источника и направляют в резервуар для отстаивания воды, который представляет собой емкость из нержавеющей стали объемом 20 м. В вышеуказанной емкости вода отстаивается с доступом кислорода в течение 9 часов. После настаивания воду подают в устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр. Обработка осуществляется путем пропускания воды, через устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр. Через центральную полость устройства проходит вода из подающей трубы, закручивается встречными потоками по спирали и в магнитной трубе. Далее обработанная вода поступает в устройство для обработки воды. Устройство для обработки воды представляет собой цилиндрическое устройство, которое состоит из двух совмещенных цилиндрических частей, первая часть представляет собой цилиндрическое устройство которое сужается к концу и содержит внутренний цилиндр с отверстиями, в который периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn, при этом внутренний цилиндр имеет отверстия размером 1,5 нм, и вторая часть, которая имеет расширение вначале, и у которой стенки цилиндрической части являются внешним электродом, а внутренний электрод жестко закреплен внутри второй части и зафиксирован на формирователи пленочного потока воды, который закручивает воду в встречными потоками. При этом в первой части - во внутренний цилиндр периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn до получения раствора фуллеренов C₆₀HyFn с концентрацией 2*10^-20 моль/л. А во внешний цилиндр устройства для обработки воды поступает вода из устройства, имеющего внешний и внутренний цилиндр, которая обогащается фуллеренами C₆₀HyFn. Затем полученная вода через формирователь пленочного потока стекает по внутренней поверхности второй части цилиндрического корпуса, который является внешним электродом. При этом пленка жидкости закручивается встречными потоками вокруг внутреннего электрода. Затем в цилиндрическом корпусе между внутренним электродом и внешним электродом зажигается плазма. При этом осуществляется обработка воды холодной плазмой при следующих параметрах частота 1,8 МГц и удельная мощность 1,5 Вт/см³. После полной обработки воду направляют на розлив.

Пример 3.

Воду, устройством для забора воды, забирают из природного источника и направляют в резервуар для отстаивания воды, который представляет собой емкость из нержавеющей стали объемом 30 м. В вышеуказанной емкости вода отстаивается с доступом кислорода в течение 8 часов. После настаивания воду подают в устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр. Обработка осуществляется путем пропускания воды, через устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр. Через центральную полость устройства проходит вода из подающей трубы, закручивается встречными потоками по спирали и в магнитной трубе. Далее обработанная вода поступает в устройство для обработки воды. Устройство для обработки воды представляет собой цилиндрическое устройство, которое состоит из двух совмещенных цилиндрических частей, первая часть представляет собой цилиндрическое устройство которое сужается к концу и содержит внутренний цилиндр с отверстиями, в который периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn, при этом внутренний цилиндр имеет отверстия размером 97 нм, и вторая часть, которая имеет расширение вначале, и у которой стенки цилиндрической части являются внешним электродом, а внутренний электрод жестко закреплен внутри второй части и зафиксирован на формирователи пленочного потока воды, который закручивает воду в встречными потоками. При этом в первой части - во внутренний цилиндр периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn до получения раствора фуллеренов C₆₀HyFn с концентрацией 2*10^-20 моль/л. А во внешний цилиндр устройства для обработки воды поступает вода из устройства, имеющего внешний и внутренний цилиндр, которая обогащается фуллеренами C₆₀HyFn. Затем полученная вода через формирователь пленочного потока стекает по внутренней поверхности второй части цилиндрического корпуса, который является внешним электродом. При этом пленка жидкости закручивается встречными потоками вокруг внутреннего электрода. Затем в цилиндрическом корпусе между внутренним электродом и внешним электродом зажигается плазма. При этом осуществляется обработка воды холодной плазмой при следующих параметрах частота 37 МГц и удельная мощность 0,003 Вт/см³. После полной обработки воду направляют на розлив.

Из табл. 1 следует, что при заявленном способе обработки на заявленном устройстве имеет место эффект снижения ОВП при увеличении рН.

Выход за рамки заявленных параметров осуществления процесса не позволит получить питьевую воду, обладающую именно вышеописанными свойствами.

Полученная вода сохраняет свои качественные характеристики в течение 1 года, при этом вода, полученная по патенту RU2555330, сохраняет свои характеристики в течение 6 месяцев.

Использование полученной питьевой воды позволит расширить ассортимент питьевой воды.

Изобретение относится к способу получения питьевой воды, который характеризуется тем, что предусматривает последовательные стадии осуществления процесса: забор воды из природного источника, отстаивание воды с доступом кислорода воздуха в емкости объемом 20-40 м³ в течение 7 часов, обработка воды, которая осуществляется путем пропускания воды через устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр, через центральную полость устройства проходит вода из подающей трубы, закручивается встречными потоками по спирали устройства и в магнитной трубе, и далее обработка фуллеренами, которая осуществляется путем пропускания воды через цилиндрическое устройство, содержащее внутренний цилиндр с отверстиями, в который периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn до получения раствора фуллеренов C₆₀HyFn с концентрацией 2*10^-20 моль/л, затем через формирователь пленочного потока воды пленка жидкости стекает по внутренней поверхности цилиндрического корпуса, который является внешним электродом, при этом пленка жидкости закручивается встречными потоками вокруг внутреннего электрода, при этом осуществляется обработка воды холодной плазмой, затем полученную воду разливают. Осуществление изобретения расширяет ассортимент питьевой воды, а также позволяет увеличить срок хранения полученной воды. 1 табл., 3 пр.

Способ получения питьевой воды, характеризующийся тем, что предусматривает последовательные стадии осуществления процесса: забор воды из природного источника, отстаивание воды с доступом кислорода воздуха в емкости объемом 20-40 м³ в течение 7 часов, обработка воды, которая осуществляется путем пропускания воды через устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр, через центральную полость устройства проходит вода из подающей трубы, закручивается встречными потоками по спирали устройства и в магнитной трубе, и далее обработка фуллеренами, которая осуществляется путем пропускания воды через цилиндрическое устройство, содержащее внутренний цилиндр с отверстиями, в который периодически добавляют предварительно подготовленную исходную воду с гидратированными фуллеренами C₆₀HyFn до получения раствора фуллеренов C₆₀HyFn с концентрацией 2*10^-20 моль/л, затем через формирователь пленочного потока воды пленка жидкости стекает по внутренней поверхности цилиндрического корпуса, который является внешним электродом, при этом пленка жидкости закручивается встречными потоками вокруг внутреннего электрода, при этом осуществляется обработка воды холодной плазмой при следующих параметрах: частота от 1 до 40 МГц и удельная мощность от 0,04 до 1,5 Вт/см³, затем полученную воду разливают.