CN110776169A - 一种富氢水制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种富氢水制备工艺，包括如下步骤：预处理：对源水进行过滤处理；反渗透调节：采用孔径为0.1‑2nm的反渗透膜对预处理后的源水进行反渗透调节；混合溶氢：将反渗透调节后的源水通入制氢设备，源水与所述制氢设备中的原生氢矿料发生高速碰撞，生成富氢水；灭菌消毒：利用紫外线对上述富氢水进行灭菌消毒；灌装封盖。本发明采用包括原生氢矿料的制氢设备生产富氢水，利用原生氢矿料与水高速碰撞，释放出纯净氢气，矿料释放的氢元素充分溶入水分子团中，满足工业化需求，同时制造成本较低；紫外灭菌减少在灭菌消毒工艺中氢元素的逃逸和消耗，有效保证富氢水中氢含量的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及饮用水生产技术领域，具体涉及一种富氢水制备工艺。
背景技术
富氢水，又称为“氢分子水”，指在饮用水中溶入氢气。富氢水富有丰富的氢气单质，具有良好的抗氧化作用，经常饮用富氢水，能延缓人体衰老，并起到预防动脉粥样硬化，抵抗内脏器官的炎症的作用。在肿瘤治疗及康复过程中，可以保护骨髓、促进肠胃功能、肝肾功能、心肌功能的复苏。经科学研究发现，富氢水对80％以上的老年便秘患者有确定的效果，对恶性肿瘤治疗副作用、尿毒症、动脉硬化和代谢综合征患者都具有明显效果。富氢水的这些功能作用为追求健康生活的消费者带来了福音，因此富氢水在未来的饮用水市场具有广阔的前景。
现有工业化生产富氢水的工艺较少，已有的生产工艺中氢气的来源主要依靠电解水制氢工艺或直接购买工业用氢气瓶以获得氢气。然而，电解水产氢过程除了产生氢气之外，还会产生较多干扰杂质，此外电解水能耗较大、成本高，电解水装置维护成本也较高。直接购买工业用氢气瓶成本较高，且不利于工业化生产；在水源中通入氢气还存在溶解度低等工艺上的困难。此外，在生产富氢水的工艺过程中，如何有效防止富氢水中氢气的逃逸一直是富氢水制备领域的技术难题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种富氢水制备工艺，包括以下工艺步骤：(1)预处理：对源水进行过滤处理；(2)反渗透调节：采用孔径为0.1-2nm的反渗透膜对预处理后的源水进行反渗透调节；(3)混合溶氢：将步骤(2)处理后的源水通入制氢设备，源水与所述制氢设备中的原生氢矿料发生高速碰撞，生成富氢水；(4)灭菌消毒：利用紫外线对上述富氢水进行灭菌消毒；(5)灌装、封盖。
本发明通过专用的制氢设备生产富氢水，该制氢设备包括原生氢矿料，利用原生氢矿料与水高速碰撞，释放出纯净氢气，矿料释放的氢元素充分溶入水分子团中，满足工业化需求，同时制造成本较低。此外，本发明还采用紫外灭菌方式进行灭菌消毒，相比于传统的臭氧消毒，减少在灭菌消毒工艺中氢元素的逃逸和消耗，有效保证富氢水中氢含量的稳定性。因为传统臭氧灭菌过程中会造成氢气被氧化，造成氢气被消耗；另外，在通入臭氧过程中，由于臭氧气体的溶入还会造成水中氢气的部分溢出。
在本发明的一种优选方案中，所述步骤(1)的预处理工艺包括：采用石英砂、活性炭对源水进行过滤，再采用外压式中空纤维超滤膜对源水进行精滤。
在本发明的一种优选方案中，所述步骤(2)反渗透调节工艺的条件为：反渗透膜的工作压力为0.4-1.5Mpa，工作温度5-40℃，进水SDI≤5，进水浊度≤1.0NTU，进水游离氯<0.05mg/L，进水PH为3-10。
本发明通过严格控制反渗透调节工艺的工作参数和进水条件，以满足后续生产富氢水(混合溶氢)工艺的进水条件。
在本发明的一种优选方案中，所述步骤(2)反渗透调节工艺的出水条件为：出水电导率为80-150uS/cm，出水PH为6.5-7.5。
本发明通过RO膜调节脱盐比例，控制反渗透调节的出水电导率80-150uS/cm，出水PH 6.5-7.5，可有效保证在后续工艺中氢元素以氢气分子形式溶入饮用水中，而不会产生游离H+离子。
在本发明的一种优选方案中，所述步骤(3)混合溶氢过程中，源水与原生氢矿料碰撞时源水流速至少为15m/s。控制源水流速保证水与原生氢矿料可以高速碰撞，促进H2生成并溶入水中。
在本发明的一种优选方案中，所述步骤(3)的所述制氢设备包括通过管道串联的多级溶氢罐和设置在首级溶氢罐进水管路上的增压泵，所述溶氢罐内部沿水流方向依次设置有射流板、原生氢矿料层和矿料挡板，所述射流板上开设有若干射流孔，所述矿料挡板上开设有若干出水孔。
在本发明的一种优选方案中，所述多级溶氢罐包括6-10个溶氢罐。
在本发明的一种优选方案中，所述富氢水的含氢量大于1.0ppm。
在本发明的一种优选方案中，所述步骤(5)中使用的包装容器为PET灌装瓶，所述PET灌装瓶的内壁涂覆有硅氧化物(SiOX)涂层。SiOX涂层为高阻隔性涂层，具有较高的气体阻隔性能，进一步保证富氢水产品在储运过程中氢气不会逃逸，使产品的富氢功能性得到有效保障。
在本发明的一种优选方案中，在所述步骤(5)灌装、封盖之后，还包括产品检验与包装工艺，所述产品检验与包装工艺包括灯检、喷码、贴标、包装和二次检验。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：
1、本发明采用含有原生氢矿料的专用制氢设备生产富氢水，利用原生氢矿料与水高速碰撞，释放出纯净氢气，矿料释放的氢元素充分溶入水分子团中，通过多级溶解，生成高含量的氢元素水，且氢元素稳定溶解在水中，提高富氢水成品的氢含量稳定性。此外，本发明相比于传统电解方式的制氢工艺，成本低、工艺简单，设备维护容易，且传统电解产氢过程容易产生其他污染物质，本发明制氢设备得到的氢气更加纯净。
2、本发明通过严格控制反渗透调节工艺、混合溶氢工艺中的工作参数和进出水条件，可以保证水处理过程中氢气有效溶入饮用水中，并能精准调控水中氢气含量的高低。控制反渗透调节的出水电导率80-150uS/cm，出水PH 6.5-7.5，可有效保证氢元素以氢气分子形式溶入饮用水中，而不会产生游离H+离子。
3、本发明采用紫外线灭菌消毒的方式，相比于传统的臭氧消毒，减少在灭菌消毒工艺中氢元素的逃逸和消耗，有效保证富氢水中氢含量的稳定性。
4、本发明还通过灌装工艺的灌装瓶的改进，在灌装瓶内壁上设置一层含有高阻隔性材料(硅氧化物)的涂层，该涂层具有较高的气体阻隔性能，进一步保证富氢水产品在储运过程中氢气不会逃逸，使产品的富氢功能性得到有效保障。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明富氢水制备工艺的流程示意图。
图2为本发明制氢设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明。
应该注意的是，本发明中使用的“第一”、“第二”等仅用于区分不同对象，而不意味着这些对象之间具有任何特定顺序关系。术语“包括”和“含有”及其派生词意为包括而非限制。除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
图1示出了本发明富氢水生产工艺流程。如图1所示，本发明富氢水生产工艺流程如下：
1、水源选择
采用符合生活饮用水GB5749指标的水为生产源水。定时从生产车间的供水口取水样进行检测，水质的余氯、pH值、浊度符合GB5749的指标要求，电水质导率作为监控自来水水质变化。微生物指标中的细菌总数≤100cfu/ml，总大肠菌群不得检出。
2、石英沙过滤
采用符合CJT 43-1999的水处理用石英砂滤料石英砂过滤，去除粒度大于20um的机械杂质、悬浮物和部分胶体，使出水的浊度小于0.5NTU，耗氧量小于1.5mg/L，含铁量小于0.05mg/L，SDI小于5。
3、活性炭过滤
采用符合GB/T 13803.2-1999的木质净水用活性炭吸附，去除水中的余氯、颜色、气味、微小颗粒、胶体、有机物、部分微生物和金属离子，使出水余氯小于0.05mg/L、耗氧量小于3mg/L。为确保过滤效果，每天对活性炭用砂滤水反冲10分钟。如果炭床出水余氯≥0.05mg/L时，应进行再生处理或更换活性炭。
4、精滤
采用外压式中空纤维超滤膜，进一步去除水中细菌，染料，大分子有机物，蛋白质，悬浮物，胶体物质等杂质。水处理操作工每小时监控一次精滤水压，如压力≥0.2Mpa，通水量骤减时应立即进行更换滤芯。
5、反渗透调节
采用反渗透膜(RO膜)进行反渗透调节，RO膜孔径为0.1-2nm，可去除水中90％-99％的大分子物质，生成纳米级水分子，并降低水质电导率。反渗透膜的正常工作压力为0.4-1.5MPa；工作温度5-40℃；进水SDI≤5；进水浊度≤1.0NTU；单膜回收率：15％；进水游离氯<0.05mg/L；进水PH为3-10。通过调节脱盐比例，控制RO出水电导率在80-150uS/cm范围内，PH值控制在6.5-7.5范围内，满足富氢水设备的进水指标要求。
6、混和溶氢
经RO膜调节后的纳米小分子低矿水，进入专用制氢设备，与原生氢矿料(本发明采用市售Q03含氢矿料)高速碰撞，将矿料释放的氢元素充分溶入水分子团中，通过多级溶解，生成高含量的氢元素水，且稳溶解在水中，提高成品的氢稳定性。
图2示出了本发明专用制氢设备的具体结构。如图2所示，本发明制氢设备包括通过管道串联的多级溶氢罐1和设置在第一级溶氢罐1进水管路上的增压泵2。所述溶氢罐1内部沿水流方向依次设置有射流板4、原生氢矿料层5和矿料挡板6，所述射流板4上开设有若干射流孔7，所述矿料挡板6上开设有若干出水孔8。本发明的原生氢矿料层5有粒径相近的原生氢矿料颗粒构成，原生氢矿料颗粒为市售材料，其主要成分为碳酸钙、碳酸镁和二氧化硅的混合物。所述若干射流孔7和若干出水孔8均均布设置。
在本发明的一种优选实施例中，本发明制氢设备还包括设置在最后一级溶氢罐1出水端的氢含量监测仪3。更优选地，氢含量监测仪3和增压泵2电连接有控制器9。在最后一级溶氢罐1的出水端通过氢含量监测仪3进行氢含量检测，同时根据检测结果对增压泵2进行实时调节。
在本发明的一种优选实施例中，多级溶氢罐1包括6-10个溶氢罐，即为六至十级溶氢罐。
在本发明的一种优选实施例中，所述射流孔7为漏斗形，射流孔7的小端孔径为1-3毫米。矿料挡板6的出水孔8为圆形，出水孔8的孔径为3-5毫米。优选地，若干射流孔7和若干出水孔8均均布设置。
在本发明的一种优选实施例中，溶氢罐1采用不锈钢材料制成。溶氢罐1为三段式结构，包括中间段和与中间段连接的两个端部，溶氢罐1的两个端部和中间段采用法兰连接。易于加工制造，且容易维护。
本发明制氢设备进水水质控制为：电导率在80-150uS/cm范围内，PH值控制在6.5-7.5范围内。水流经进水管路的增压泵2增压后，进入溶氢罐的进水压力达到0.3MPa以上，再通过溶氢罐1内的射流结构，使水的流速度达到15m/s以上，让水分子与原生氢矿发生激烈碰撞，从而让矿料释放出氢气，并与水分子充分混和，生成含氢量大于1.0ppm的富氢水。
7、紫外灭菌
为避免富氢水中氢元素的逃逸，并保证水质中微生物杀灭的可靠性，利用紫外线的辐射灭菌作用对富氢水进行彻底地消毒。为保证灭菌效果，应当每半个月对灭菌器进行一次全面检查，并根据检查情况进行灭菌灯管的清洗或更换。每班生产前检查一次灭菌器是否正常运行。
本发明采用紫外线灭菌消毒的方式，相比于传统的臭氧灭菌，减少在灭菌消毒工艺中氢元素的逃逸和消耗，有效保证富氢水中氢含量的稳定性。因为传统臭氧灭菌过程中会造成氢气被氧化，造成氢气消耗；另外，在通入臭氧过程中，由于臭氧气体的溶入还会造成水中氢气的部分溢出，造成氢气逃逸。
8、灌装封盖
灌装和封盖采用自动化设备进行高速灌装，禁止人工灌装和封盖。用于封盖的方法、设备和材料能保证封口严密、不损害容器、不污染水质，从而充分保证水质的饮用安全性和氢含量的稳定性。
灌装瓶采用PET灌装瓶，优选地，PET灌装瓶的内壁涂覆含有高阻隔性材料的涂层，更优选地该涂层为硅氧化物涂层。本发明灌装用的瓶子采用在普通PET瓶上镀一层薄的硅氧化物(SiOX)的材料，具有极高的气体阻隔性能，能有效地避免富氢水产品中氢气的逸出。
9、包装与检验
产品检验与包装工艺包括灯检、喷码、贴标、包装和二次检验，然后得到市售成品。
优选地，在线配置专职的灯检人员，灯检主要负责将瓶内有杂质、异物、产品高歪盖、断齿等不合格品后，生产的合格品包装入库作为成品进行销售。
本发明通过以上工艺步骤，能够实现富氢水生产的工业化。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种富氢水制备工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：
(1)预处理：对源水进行过滤处理；
(2)反渗透调节：采用孔径为0.1-2nm的反渗透膜对预处理后的源水进行反渗透调节；
(3)混合溶氢：将步骤(2)处理后的源水通入制氢设备，源水与所述制氢设备中的原生氢矿料发生高速碰撞，生成富氢水；
(4)灭菌消毒：利用紫外线对上述富氢水进行灭菌消毒；
(5)灌装、封盖。
2.根据权利要求1所述的一种富氢水制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)的预处理工艺包括：采用石英砂、活性炭对源水进行过滤，再采用外压式中空纤维超滤膜对源水进行精滤。
3.根据权利要求1所述的一种富氢水制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)反渗透调节工艺的条件为：反渗透膜的工作压力为0.4-1.5Mpa，工作温度5-40℃，进水SDI≤5，进水浊度≤1.0NTU，进水游离氯<0.05mg/L，进水PH为3-10。
4.根据权利要求1所述的一种富氢水制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)反渗透调节工艺的出水条件为：出水电导率为80-150uS/cm，出水PH为6.5-7.5。
5.根据权利要求1所述的一种富氢水制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)混合溶氢过程中，源水与原生氢矿料碰撞时源水流速至少为15m/s。
6.根据权利要求1所述的一种富氢水制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)的所述制氢设备包括通过管道串联的多级溶氢罐和设置在首级溶氢罐进水管路上的增压泵，所述溶氢罐内部沿水流方向依次设置有射流板、原生氢矿料层和矿料挡板，所述射流板上开设有若干射流孔，所述矿料挡板上开设有若干出水孔。
7.根据权利要求6所述的一种富氢水制备工艺，其特征在于，所述多级溶氢罐包括6-10个溶氢罐。
8.根据权利要求1所述的一种富氢水制备工艺，其特征在于，所述富氢水的含氢量大于1.0ppm。
9.根据权利要求1所述的一种富氢水制备工艺，其特征在于，所述步骤(5)中使用的包装容器为PET灌装瓶，所述PET灌装瓶的内壁涂覆有硅氧化物涂层。
10.根据权利要求1所述的一种富氢水制备工艺，其特征在于，在所述步骤(5)灌装、封盖之后，还包括产品检验与包装工艺，所述产品检验与包装工艺包括灯检、喷码、贴标、包装和二次检验。
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