RU2366612C1

RU2366612C1 - Method for structurisation of natural drinking water, its stabilisation with oxygen active forms and device thereof

Info

Publication number: RU2366612C1
Application number: RU2008119168/15A
Authority: RU
Inventors: Виталий Константинович Кочергин (RU); Виталий Константинович Кочергин
Original assignee: Виталий Константинович Кочергин
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2009-09-10

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: method includes mixing of water flow with gaseous oxygen. Then water flow is treated with ultraviolet radiation during and after water flow pass through bed containing of particles of silicon-containing mineral. The device consists of the tank provided with water flow inlet and outlet. The inlet is connected with mixer feeding the water flow to the perforated bowl located inside the tank. The source of ultraviolet radiation is located between bowl and inner surface of tank wall with particles of silicon-containing mineral being located inside the bowl.

EFFECT: simplifying and cheapening of the obtaining of high-quality drinking water increase of time during which the water retains its active properties.

16 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам структурирования природной питьевой воды и стабилизации ее активными формами кислорода и может найти применение в получении высококачественной питьевой воды, в технологиях очистки загрязненных вод, в пищевой промышленности и сельском хозяйстве.The invention relates to methods for structuring natural drinking water and stabilizing it with reactive oxygen species and can find application in the production of high-quality drinking water, in the treatment of contaminated water, in the food industry and agriculture.

Технология получения стабилизированных комплексов воды и кислорода при избыточном давлении кислорода способствует образованию кластерной структуры воды, обладающей высокой биохимической активностью, в первую очередь связана с насыщением ее активным кислородом, который определенным образом встроен в структуру воды (синглетный кислород).The technology for producing stabilized complexes of water and oxygen at an excess pressure of oxygen promotes the formation of a cluster structure of water with high biochemical activity, primarily associated with its saturation with active oxygen, which is built into the water structure in a certain way (singlet oxygen).

Известен способ получения обогащенной кислородом воды путем создания избыточного давления кислорода над поверхностью воды и механического воздействия на воду при повышенных температурах до образования кавитационных пузырьков. Ударные волны от сжатия кавитационных пузырьков воды приводит к разрушению исходной структуры и образованию новой микрокластерной структуры воды, насыщенной кислородом, который обладает повышенной химической и биологической активностью. После кавитационной обработки воду охлаждают до 4-15°C (US 6521248, C02F 1/00, C02F 1/34, опубл. 2003.02.18).A known method of producing oxygen-enriched water by creating excessive oxygen pressure above the surface of the water and mechanical impact on water at elevated temperatures until the formation of cavitation bubbles. Shock waves from compression of cavitation bubbles of water lead to the destruction of the initial structure and the formation of a new microcluster structure of water saturated with oxygen, which has increased chemical and biological activity. After cavitation treatment, the water is cooled to 4-15 ° C (US 6521248, C02F 1/00, C02F 1/34, publ. 2003.02.18).

Недостатками известного способа является сложность технологического оборудования и достаточно интенсивный процесс саморазрушения микрокластерной структуры воды и, как следствие, быстрое уменьшение в воде содержания активного кислорода. Для предотвращения быстрой потери водой активного кислорода требуется пониженная температура хранения и использования, что ограничивает промышленное применение известного способа.The disadvantages of this method is the complexity of the process equipment and a rather intensive process of self-destruction of the microcluster structure of water and, as a result, a rapid decrease in the content of active oxygen in water. To prevent the rapid loss of active oxygen by water, a lower storage and use temperature is required, which limits the industrial application of the known method.

Известен способ активирования воды синглетным кислородом, включающий распыление газообразного кислорода в потоке воды и последующее контактирование потока воды с пористой или шероховатой поверхность твердого тела при одновременном облучении ультрафиолетовым облучением. Материал поверхности твердого тела представляет собой прозрачную полимерную матрицу с включениями из фоточувствительного органического вещества (сенсибилизатора), на поверхности которого происходит активирование - образование синглетного кислорода (DE 19855881, C02F 1/30, C02F 1/72, опубл. 2000.06.08).A known method of activating water with singlet oxygen, comprising spraying gaseous oxygen in a water stream and subsequent contacting the water stream with a porous or rough surface of a solid while irradiating with ultraviolet radiation. The material of the solid surface is a transparent polymer matrix with inclusions of a photosensitive organic substance (sensitizer), on the surface of which activation occurs - the formation of singlet oxygen (DE 19855881, C02F 1/30, C02F 1/72, publ. 2000.06.08).

Недостатком известного способа является недолговечность сенсибилизатора из-за его растворения в воде. Известный способ наиболее эффективен при распылении в воду газообразной среды, уже содержащей синглетный кислород, или распылении газообразной среды в воду и облучении образовавшегося аэрозоля в контакте с водорастворимым сенсибилизатором. Однако такое осуществление известного способа связано с дополнительными затратами на предварительную активацию кислорода, например ионизацию кислорода воздуха, так и со сложностью поддержания стабильности аэрозоля. Кроме того, при ионизации воздуха происходит попадание в воду ионизированного азота и его соединений, что совместно с растворением в активированной воде вещества сенсибилизатора препятствует применению известного способа для получения питьевой воды для пищевой промышленности.The disadvantage of this method is the fragility of the sensitizer due to its dissolution in water. The known method is most effective when spraying in water a gaseous medium already containing singlet oxygen, or spraying a gaseous medium into water and irradiating the resulting aerosol in contact with a water-soluble sensitizer. However, such an implementation of the known method is associated with additional costs for the preliminary activation of oxygen, for example, ionization of atmospheric oxygen, and with the difficulty of maintaining the stability of the aerosol. In addition, during air ionization, ionized nitrogen and its compounds enter the water, which, together with the dissolution of sensitizer substances in activated water, impedes the use of the known method for producing drinking water for the food industry.

Известно устройство обработки потока воды путем введения в него струи ионизированного воздуха, содержащего ионизированные кислород, азот, а также озон и молекулярный синглетный кислород. Устройство включает источник ультрафиолетового излучения, средство смешивания потока ионизированного воздуха и потока воды - смеситель (струйный насос, трубка Вентури и т.п.), металлические электроды, содержащие двуокись кремния, и емкость реактора (US 5685994, C02F 1/46, C02F 1/50, опубл. 1997.11.11).A device for processing a water stream by introducing into it a stream of ionized air containing ionized oxygen, nitrogen, as well as ozone and molecular singlet oxygen. The device includes a source of ultraviolet radiation, a means of mixing the flow of ionized air and water flow - a mixer (jet pump, venturi, etc.), metal electrodes containing silicon dioxide, and a reactor vessel (US 5685994, C02F 1/46, C02F 1 / 50, published 1997.11.11).

Недостатком известного устройства получения активированной воды является введение в обрабатываемую воду ионизированного азота, окислов азота и ионов тяжелых металлов (меди, олова), ограничивающих применение известного устройства для получения активированной питьевой воды для ее использования в пищевой промышленности. Кроме того, устройство требует дополнительных значительных затрат электроэнергии для поляризации металлических электродов.A disadvantage of the known device for producing activated water is the introduction of ionized nitrogen, nitrogen oxides and heavy metal ions (copper, tin) into the water to be treated, which limits the use of the known device for producing activated drinking water for use in the food industry. In addition, the device requires additional significant energy costs for the polarization of metal electrodes.

Известные способы и устройства активации воды за счет введения синглетного кислорода, полученного либо за счет ультрафиолетового облучения воздуха, либо за счет облучения сенсибилизаторов (фотодинамических красителей) в воздухе или в воде, не позволяют достичь значительного увеличения содержания молекулярного кислорода в воде. Синглетный кислород и образующиеся из него другие активные формы кислорода являются короткоживущими, а в отсутствие в воде избытка молекулярного кислорода активированная ими вода быстро теряет свои особые свойства.Known methods and devices for activating water by introducing singlet oxygen, obtained either by ultraviolet irradiation of air, or by irradiating sensitizers (photodynamic dyes) in air or in water, do not allow to achieve a significant increase in the molecular oxygen content in water. Singlet oxygen and other active forms of oxygen formed from it are short-lived, and in the absence of excess molecular oxygen in water, the water activated by them quickly loses its special properties.

Задачей и техническим результатом изобретения является разработка способа и устройства структурирования природной питьевой воды и стабилизации ее активными формами кислорода, обеспечивающие простое и дешевое получение высококачественной питьевой воды, а также повышение времени сохранения водой своих активных свойств.The objective and technical result of the invention is to develop a method and device for structuring natural drinking water and stabilizing it with reactive oxygen species, providing simple and cheap production of high-quality drinking water, as well as increasing the time that water retains its active properties.

Сущностью изобретения является способ получения структурированной природной питьевой воды и стабилизации ее активными формами кислорода, включающий смешивание потока воды и газообразного кислорода и обработку ультрафиолетовым излучением, причем после смешивания с кислородом поток воды обрабатывают ультрафиолетовым излучением во время и после прохождения потока воды через слой из частиц кремнийсодержащего минерала.The essence of the invention is a method for producing structured natural drinking water and stabilizing it with reactive oxygen species, comprising mixing a stream of water and gaseous oxygen and treating with ultraviolet radiation, wherein after mixing with oxygen, the stream of water is treated with ultraviolet radiation during and after passing the stream of water through a layer of silicon-containing particles mineral.

Кроме того, что в качестве кремнийсодержащего минерала выбирают силикаты с содержанием кремния 65-75 мас.%; смешивание ведут распылением газообразного кислорода в потоке воды; движение потока воды после прохождения через слой из частиц кремнийсодержащего минерала ведут в ламинарном режиме; размер частиц кремнийсодержащего минерала составляет 1-30 мм; обработку ультрафиолетовым излучением потока воды ведут при его вертикальном направлении движения; избыточное давление в потоке воды составляет не более 1000 мм водяного столба.In addition, silicates with a silicon content of 65-75 wt.% Are selected as the silicon-containing mineral; mixing is carried out by spraying gaseous oxygen in a stream of water; the movement of the water stream after passing through a layer of particles of silicon-containing mineral is in a laminar mode; the particle size of the silicon-containing mineral is 1-30 mm; the ultraviolet treatment of the water stream is carried out with its vertical direction of movement; excess pressure in the water stream is not more than 1000 mm of water column.

Сущностью изобретения также является устройство для получения структурированной природной питьевой воды и стабилизации ее активными формами кислорода, включающее смеситель потока воды и газообразного кислорода, а также источники ультрафиолетового излучения, которое состоит из емкости, снабженной входом и выходом потока воды, при этом вход соединен со смесителем, подающим поток воды в размещенный внутри емкости стакан с перфорацией, источники ультрафиолетового излучения расположены между стаканом и внутренней поверхностью стенки емкости, а внутри стакана размещены частицы кремнийсодержащего минерала.The invention is also a device for obtaining structured natural drinking water and stabilizing it with reactive oxygen species, including a mixer for a stream of water and gaseous oxygen, as well as sources of ultraviolet radiation, which consists of a tank equipped with an inlet and an outlet for a water stream, the inlet being connected to a mixer that feeds a stream of water into a perforated glass inside the container, ultraviolet radiation sources are located between the glass and the inner surface of the wall bones, and particles of a silicon-containing mineral are placed inside the glass.

Кроме того, выход расположен в верхней части емкости; стакан выполнен в виде протяженного полого цилиндра; между дном емкости и дном стакана выполнен зазор; стакан выполнен из прозрачного материала; стакан выполнен с перфорацией нижней части и/или дна; в качестве смесителя потока воды и газообразного кислорода используют струйный насос: инжектор или эжектор; в качестве источников обработки ультрафиолетовым излучением используют цилиндрические ультрафиолетовые лампы; внутри стакана размещены частицы кремнийсодержащего минерала - силикаты с содержанием кремния 65-75 мас.%.In addition, the outlet is located at the top of the tank; the glass is made in the form of an extended hollow cylinder; a gap is made between the bottom of the container and the bottom of the glass; the glass is made of transparent material; the glass is made with perforation of the lower part and / or bottom; as a mixer for the flow of water and gaseous oxygen use a jet pump: an injector or ejector; Cylindrical ultraviolet lamps are used as sources of UV treatment; particles of a silicon-containing mineral are placed inside the glass — silicates with a silicon content of 65-75 wt.%.

Изобретение может быть проиллюстрировано примером осуществления и устройством, представленным на чертеже, где:The invention can be illustrated by an example implementation and the device shown in the drawing, where:

1 - емкость;1 - capacity;

2 - вход потока воды в емкость;2 - water flow inlet into the tank;

3 - выход потока воды из емкости;3 - output of the flow of water from the tank;

4 - смеситель - струйный насос;4 - mixer - jet pump;

5 - стакан;5 - a glass;

6 - перфорация стакана;6 - perforation of the glass;

7 - частицы кремнийсодержащего минерала;7 - particles of silicon-containing mineral;

8 - источник ультрафиолетового излучения - цилиндрические лампы;8 - a source of ultraviolet radiation - cylindrical lamps;

9 - внутренняя поверхность стенки емкости;9 - the inner surface of the wall of the tank;

10 - зазор между дном емкости и дном стакана.10 - the gap between the bottom of the tank and the bottom of the glass.

Структурирование природной питьевой воды и стабилизацию ее активными формами кислорода осуществляют в активаторе - емкости 1, снабженной входом потока воды 2 и выходом потока активированной воды 3. Природная вода (речная, озерная или из водохранилища), поступающая для структурирования и стабилизации, предварительно может быть подвергнута очистке от механических примесей и обеззаражена (дезинфицирована) с использованием стандартных способов и оборудования, например дезинфекции с использованием ультрафиолетовых ламп. Воду в емкость 1 можно подавать как принудительно с использованием насосов, так и самотеком под действием силы тяжести.Structuring of natural drinking water and stabilization of it with active oxygen species is carried out in the activator - tank 1, equipped with an inlet of a water stream 2 and an outlet of a stream of activated water 3. Natural water (river, lake or from a reservoir) coming for structuring and stabilization can be previously subjected cleaning from mechanical impurities and disinfected (disinfected) using standard methods and equipment, such as disinfection using ultraviolet lamps. The water in the tank 1 can be supplied both forcefully using pumps, and by gravity under the influence of gravity.

Вход потока воды 2 соединен со смесителем 4, в который одновременно подают поток воды и газообразный кислород (медицинский 99.9%) и осуществляют их смешивание. В качестве смесителя 4 могут использоваться струйные насосы (эжекторы или инжекторы) различной конструкции, в частности обеспечивающие распыление струи кислорода в объеме потока воды, подаваемой для структурирования и стабилизации. Смеситель 4 подает поток воды, смешанной с кислородом, в стакан 5, размещенный внутри емкости и снабженный перфорацией 6. Стакан 5 может быть выполнен в виде протяженного полого цилиндра из прозрачного материала, пропускающего ультрафиолетовое излучение: стекло, прозрачные пластмассы и т.п., что обеспечивает более качественную обработку потока воды при его прохождении через емкость 1. Внутри стакана, частично или полностью заполняя его объем, размещены частицы (обломки, гранулы и т.п.) кремнийсодержащего минерала 7: природного силиката с содержанием кремния 66-68 мас.%.The inlet of the water flow 2 is connected to the mixer 4, which simultaneously serves the flow of water and gaseous oxygen (medical 99.9%) and carry out their mixing. As the mixer 4 can be used jet pumps (ejectors or injectors) of various designs, in particular for spraying an oxygen jet in the volume of the water stream supplied for structuring and stabilization. The mixer 4 delivers a stream of water mixed with oxygen into a glass 5 placed inside the container and provided with perforations 6. The glass 5 can be made in the form of an extended hollow cylinder of a transparent material that transmits ultraviolet radiation: glass, transparent plastics, etc., which provides better processing of the water stream when it passes through the tank 1. Inside the glass, partially or completely filling its volume, particles (fragments, granules, etc.) of silicon-containing mineral 7 are placed: natural silicate with soda silicon zhaniem 66-68 wt.%.

Обрабатываемый поток воды (показано фигурными стрелками) насыщается кислородом и поступает в стакан 5, где проходит через слой из частиц кремнийсодержащего минерала 7 и выходит через перфорацию 6 в объем емкости 1. Контакт потока воды и кислорода с поверхностью частиц кремнийсодержащего минерала в сочетании с обработкой ультрафиолетом приводит к образованию в водокислородных комплексов, создаваемых в воде, и обеспечивает повышенное содержание кислорода в воде и его стабильность во времени.The treated water stream (shown by curly arrows) is saturated with oxygen and enters a glass 5, where it passes through a layer of particles of silicon-containing mineral 7 and exits through the perforation 6 into the volume of tank 1. Contact of the stream of water and oxygen with the surface of particles of silicon-containing mineral in combination with ultraviolet treatment leads to the formation in water-oxygen complexes created in water, and provides an increased oxygen content in the water and its stability over time.

Оптимальным является выполнение перфорации 6 (сквозных отверстий) в нижней части или в дне стакана 5 и наличие зазора 10 между дном емкости 1 и дном стакана 5, что обеспечивает необходимое время контакта воды с частицами кремнийсодержащего минерала 7 с размерами 1-30 мм при обработке ультрафиолетовым излучением через прозрачные стенки стакана 5, а также последующий режим движения потока воды - ламинарный, при котором механическое воздействие на формирующуюся структуру активированной воды минимально.It is optimal to perform perforation 6 (through holes) in the lower part or in the bottom of the cup 5 and the presence of a gap 10 between the bottom of the tank 1 and the bottom of the cup 5, which provides the necessary contact time of water with particles of silicon-containing mineral 7 with sizes of 1-30 mm when processed with ultraviolet radiation through the transparent walls of the glass 5, as well as the subsequent mode of movement of the water flow - laminar, in which the mechanical effect on the formed structure of activated water is minimal.

После контакта с частицами кремнийсодержащего минерала 7 поток воды через зазор 10 движется в ламинарном режиме вверх в вертикальном направлении, которое также может быть осуществлено под действием силы тяжести и избыточном давлении в потоке воды не более 1000 мм водяного столба. В процессе движении вверх к выходу 3, расположенному в верхней части емкости 1, поток воды также подвергают интенсивной обработке ультрафиолетовым излучением с использованием в качестве источника излучения цилиндрических ультрафиолетовых ламп 8, расположенных внутри емкости 1 между стаканом 5 и внутренней поверхностью стенки емкости 9.After contact with the particles of silicon-containing mineral 7, the water flow through the gap 10 moves in a laminar regime upwards in the vertical direction, which can also be carried out under the action of gravity and excess pressure in the water stream of not more than 1000 mm of water column. In the process of moving up to the exit 3, located in the upper part of the tank 1, the water stream is also subjected to intensive UV treatment using cylindrical ultraviolet lamps 8 located inside the tank 1 between the glass 5 and the inner surface of the wall of the tank 9 as a radiation source.

После прохождения через устройство по изобретению вода подает на хранение, розлив и упаковку готовой продукции.After passing through the device according to the invention, the water supplies for storage, bottling and packaging of the finished product.

При использовании цилиндрической емкости 1 диаметром 250 мм и высотой 1200 мм при подаче воды 2 т/час и кислорода 80 л/час была получена питьевая вода с высоким и стабильным содержанием кислорода 25-35 мг/литр, которое в зависимости от условий хранения сохраняется в течение 2-4 месяцев.When using a cylindrical container 1 with a diameter of 250 mm and a height of 1200 mm with a water supply of 2 t / h and oxygen 80 l / h, drinking water was obtained with a high and stable oxygen content of 25-35 mg / liter, which, depending on storage conditions, is stored in within 2-4 months.

Полученная по изобретению природная вода, структурированная и стабилизированная активными формами кислорода, может быть использована как питьевая.The natural water obtained according to the invention, structured and stabilized by reactive oxygen species, can be used as drinking water.

Представленные результаты реализации способа с использованием устройства по изобретению показывают достижение поставленного технического результата: простое и дешевое получений высококачественной питьевой воды, структурированной и стабилизированной активными формами кислорода, способной к длительному хранению без потери своих активных свойств.The presented results of the implementation of the method using the device according to the invention show the achievement of the technical result: simple and cheap to obtain high-quality drinking water, structured and stabilized by reactive oxygen species, capable of long-term storage without losing its active properties.

Claims

1. A method of obtaining structured natural drinking water and stabilizing it with reactive oxygen species, comprising mixing a stream of water and gaseous oxygen and treating with ultraviolet radiation, characterized in that after mixing with oxygen, the stream of water is treated with ultraviolet radiation during and after the flow of water through the layer of particles of silicon-containing mineral.

2. The method according to claim 1, characterized in that as the silicon-containing mineral choose silicates with a silicon content of 65-75 wt.%.

3. The method according to claim 1, characterized in that the mixing is carried out by spraying gaseous oxygen in a stream of water.

4. The method according to claim 1, characterized in that the movement of the water stream after passing through a layer of particles of silicon-containing mineral is carried out in laminar mode.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the particle size of the silicon-containing mineral is 1-30 mm

6. The method according to claim 1, characterized in that the ultraviolet radiation treatment of the water stream is carried out with its vertical direction of movement.

7. The method according to claim 1, characterized in that the excess pressure in the water stream is not more than 1000 mm water column.

8. A device for producing structured natural drinking water and stabilizing it with reactive oxygen species, comprising a mixer for a stream of water and gaseous oxygen, as well as sources of ultraviolet radiation, characterized in that it consists of a tank equipped with an inlet and an outlet of a water stream, while the inlet is connected to a mixer that feeds a stream of water into a glass with perforation placed inside the tank, ultraviolet radiation sources are located between the glass and the inner surface of the tank wall, and inside the glass placed particles of silicon-containing mineral.

9. The device according to claim 8, characterized in that the outlet is located in the upper part of the tank.

10. The device according to claim 8, characterized in that the glass is made in the form of an extended hollow cylinder.

11. The device according to claim 8, characterized in that a gap is made between the bottom of the container and the bottom of the glass.

12. The device according to claim 8, characterized in that the glass is made of a transparent material.

13. The device according to claim 8, characterized in that the glass is made with perforation of the lower part and / or bottom.

14. The device according to claim 8, characterized in that a jet pump, injector or ejector is used as a mixer for the flow of water and gaseous oxygen.

15. The device according to claim 8, characterized in that cylindrical ultraviolet lamps are used as sources of UV treatment.

16. The device according to claim 8, characterized in that particles of a silicon-containing mineral are placed inside the glass — silicates with a silicon content of 65-75 wt.%.