RU2483031C2

RU2483031C2 - Способ приготовления ультрапресной воды хозяйственно-питьевого назначения

Info

Publication number: RU2483031C2
Application number: RU2010142174/05A
Authority: RU
Inventors: Александр Павлович Ряпосов; Олеся Александровна Ряпосова
Original assignee: Александр Павлович Ряпосов; Олеся Александровна Ряпосова
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2013-05-27
Also published as: RU2010142174A

Abstract

Изобретение относится к технологии приготовления искусственно минерализированной (реминерализированной) воды хозяйственно-питьевого назначения и может быть использовано в различных областях народного хозяйства - в технике, медицине, в пищевой и косметической отраслях промышленности, сельском хозяйстве. В соответствии с заявленным способом исходную воду деминерализируют и делят на две части. В первую часть вводят MgSO₄ в количестве, обеспечивающем содержание катионов Mg²⁺=20-25 мг/л и анионов SO₄ ^2-=80-100 мг/л, и подвергают электроактивации. Полученную таким образом электроактивированную воду с окислительно-восстановительным потенциалом от -5 мВ до -500 мВ смешивают со второй частью деминерализированной воды при их соотношении, равном (5-30):(70-95) соответственно, доводят рН до 6,5-6,9, а полученный водный раствор минерализируют путем введения MgSO₄, ZnSO₄, Li₂SO₄, Cr₂(SO₄)₃ и KCl в количестве, обеспечивающем ионный состав, мг/л: K⁺=16…20; Mg²⁺=18…24; Zn²⁺=1,6…1,99; Li²⁺=0,06…0,16; Cr³⁺=0,01…0,08; Cr=15…18; SO₄ ^2-=75…100. Заявленный способ обеспечивает получение ультрапресной воды повышенного качества со сниженным показателем жесткости. 1 табл.

Description

Изобретение относится к технологии приготовления искусственно минерализированной (реминерализированной) воды хозяйственно-питьевого назначения и может быть использовано в различных областях народного хозяйства - в технике, медицине, в пищевой и косметической промышленностях, сельском хозяйстве и др.

Современные технологии производства дистиллированной воды весьма эффективны и делают ее достаточно конкурентоспособной (по стоимости производства) по сравнению с другими способами очистки исходной воды, в том числе и обратноосмотическими технологиями.

Так, например, в результате использования дешевой энергии низкотемпературного ядерного синтеза стоимость производства высокочистой воды в несколько раз ниже стоимости дистиллята, полученного при использовании для его производства электрической энергии (см. патент Российской Федерации RU 2292304 от 12.08.2004 г.).

Производство дистиллята достаточно эффективно и в случае использования для его производства водных растворов с большим содержанием солей и механических примесей (к ним относится большинство минеральных вод, морская вода, вода, поступившая на регенерацию, и т.п.).

Указанные факты стимулируют развитие методов кондиционирования дистиллированной воды и придания ей физико-химических свойств, соответствующих требованиям, предъявляемым к качеству питьевой воды (т.е. соответствие госстандартам и другим нормативным требованиям).

Однако существует ряд причин, ограничивающих использование высокочистой воды в качестве питьевой, которые заключаются в следующем:

- солесодержание в ней составляет 2-5 мг/л (до 10 мг/л), что значительно ниже допустимого нормативными документами; следовательно, отсутствуют в ней и необходимые для организма человека макро- и микроэлементы;

- в высокочистой воде практически отсутствуют элементы жесткости - магний и кальций, в результате она является излишне мягкой и не пригодной для постоянного употребления;

- показатель ионов водорода рН у дистиллята, как правило, ниже допустимых значений (и равен 5,4…5,5).

Поиск способов кондиционирования дистиллированной воды и придание ей физиологически функциональных свойств является целью настоящего изобретения.

Основные требования Госстандарта на питьевую воду (ГОСТ 2874-82) сводятся к следующему:

- солесодержание растворенных в ней примесей в виде ионов различных металлов, хлоридов, сульфатов и пр., разрешенных к употреблению человеком в определенных количествах, должно находиться в пределах 100-1000 мг/л;

- содержание ионов магния Mg²⁺ в воде должно быть не менее 10 мг/л, но не более 80 мг/л;

- жесткость общая (Ж) - 1,5<Ж>7 мг - экв./л;

- показатель рН должен находиться в пределах 6…9.

Однако указанные нормативные требования не являються оптиальными с точки зрения потребительной стоимости. При разработке способов приготовления искуственно минерализованной воды качество производимой продукции может быть улучшено путем оптимизации физико-химических свойств и устранения характерных недостатков природной воды.

Известен способ приготовления искуственно минерализированой воды (см. патент Украины №17513), в котором деминерализированную воду получают из воды городского водоснабжения путем обработки ее на установках обратного осмоса. Затем ее минерализируют сульфатами магния, калия, цинка и марганца.

Недостатком способа является невозможность приготовления питьевой воды, используя для этой цели дистиллят в качестве основного компонента, вследствие отсутствия в нем возможности регулирования рН водного раствора.

Наиболее близким из известных заявителям является способ приготовления минерализированной воды, изложенный в патенте США №5786006.

Данный способ предусматривает деминерализацию исходной воды и последующее введение в деминерализированную воду ионов хрома, магния, кальция, лития и калия. Указанные ионы вводятся в виде водных растворов солей, таких как сульфаты, хлориды, нитраты указанных элементов.

Данный способ избран в качестве прототипа.

Прототип и заявляемый способ имеют следующие общие признаки:

- деминерализация исходной воды;

- введение в деминерализированную воду сульфатов магния, лития, хрома и хлорида калия.

Однако вода, приготовленная по патенту №5786006, имеет ряд недостатков.

1. Жесткость воды при ее производстве не регламентируется. Количество вводимых в воду элементов жесткости при ее минерализации не оптимизировано.

Так, в случае введения в воду указанных в патенте количеств элементов жесткости по верхнему допустимому пределу (кальция - 125 мг/л и магния 100 мг/л) она становится не пригодной для питья вследствие образования излишней жесткости.

Известно, что употребление жесткой воды увеличивает риск солеотложений в организме человека.

2. Показатель ионов водорода рН в прототипе не регламентирован, что снижает потребительское качество питьевой воды.

3. По указанному патенту невозможно приготовить питьевую воду, используя дистиллят в качестве деминерализированной воды (как основного компонента), т.к. в нем (прототипе) не решена задача регулирования рН водного раствора до заданных величин.

В основу полезной модели поставлена задача создать способ приготовления ультрапресной воды хозяйственно-питьевого назначения, в котором путем получения электроактивированной воды с заданной характеристикой и дальнейшего смешивания деминерализированной воды с электроактивированной водой в определенных пропорциях и дальнейшей минерализации полученного таким образом водного раствора можно обеспечить качество воды за счет уменьшения жесткости и заданного рН.

Поставленная задача решена в способе приготовления ультрапресной воды хозяйственного-питьевого назначения, который предусматривает деминерализацию исходной воды и последующее введение MgSO₄, ZnSO₄, Li₂SO₄, Cr₂(SO₄)₃ и KCl тем, что деминерализированную воду разделяют на две части, в первую часть вводят MgSO₄ в количестве, обеспечивающем содержание катионов Mg²⁺=20-25 мг/л и анионов SO₄ ^2-=80-100 мг/л, и подвергают электроактивации, полученную таким образом электроактивированную воду, окислительно-восстановительный потенциал которой имеет отрицательную величину от -5 до -500 мВ, смешивают со второй частью деминерализованной воды при их соотношении, равном (5-30):(70-95), соответсвенно, доводят рН до 6,5-6,9, а полученный водный раствор минерализируют путем введения MgSO₄, ZnSO₄, Li₂SO₄, Cr₂(SO₄)₃ и KCl в количестве, обеспечивающем ионный состав, мг/л:

K⁺=16…20; Mg²⁺=18…24;

Zn²⁺=1,6…1,99; Li²⁺=0,06…0,16;

Cr³⁺=0,01…0,08; Cl^-=15…18; SO₄ ^2-=75…100.

Состав и концентрация солей полученной воды характеризуют ее как ультрапресную калий-магний-сульфатно-хлоридного состава с общим содержанием солей 125,67-164,23 мг/л. Из числа микроэлементов в воду введены ионы Zn²⁺, из числа субмикроэлементов - ионы Li²⁺ и Cr³⁺.

Новым в заявляемом способе приготовления питьевой воды является способ регулирования рН водного раствора до заданных значений, заключающийся в том, что рН деминерализированной воды доводят до значений 6,7±0,2 путем смешивания ее с 5-30% электроактивированной (ЭА) воды, окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) которой имеет отрицательную величину в пределах от -5 до -500 мВ, при этом для приготовления ЭА воды используют минерализированную воду, содержащую катионы Mg²⁺ в количестве 20-25 мг/л и анионы SO₄ ^2- в количестве 80-100 мг/л. Полученный в результате слияния высокочистой воды и ЭА воды в заданных величинах раствор минерализируют до необходимых концентраций, добавляя в него соли KCl, MgSO₄, ZnSO₄, Li₂SO₄, Cr₂(SO₄)₃, например, в виде насыщенных их водных растворов.

Для приготовления электроактивированной воды используют специальные установки - электролизеры, которые называют также установками для электрохимической обработки (ЭХО) воды. Ниже кратко охарактеризуем некоторые из них.

В настоящие время известно несколько типов установок, используемых для электролиза воды (см. Куртов В.Д. «Об удивительных свойствах электроактивированной воды». Киев, 2007 г.; Барабанов В.И., Горшков А.С., Сабатович В.Е. «Жизнь - движение воды в организме». Санкт-Петербург, 2009 г.), основное назначение которых - получение питьевой воды. Специфические свойства ЭА воды позволяют использовать ее и как лечебную.

Общим для данных установок является наличие в них двух электродов (анод и катод), подключенных к источнику постоянного тока.

При подключении установки к источнику питания обьем воды между электродами подвергается воздействию электрического поля и через минерализированную воду (как электролит) начинает протекать электрический ток, вызывая у компонентов водной среды протекание окислительно-восстановительных реакций.

В катодной камере при электролизе концентрируются гидроксил-ионы ОН^- (и катионы различных металлов, содержащихся в исходной воде). В этой камере получается щелочная вода, рН ее составляет 10,5-11,5, окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) - (500-800) мВ.

Жидкость, полученная в анодной камере, насыщена ионами водорода Н⁺ и является кислотной (рН 2,5-3,5), ОВП - -(500-800) мВ.

Фирма «Эковод» (Куртов В.Д.), кроме того, производит вариант установки для получения не только анолита и католита, но и питьевой воды. С этой целью в одной из камер, образованных установленными в ней мебранами, имеется дополнительный катод.

Установка, описанная Барабановым В.И. и др., не содержит разделительной мембраны между анодом и катодом. Жидкость в ней получается с рН 6,8-7,5, ОВП - -(500-800) мВ и более (в сторону отрицательных величин).

НПО «Экран» (г.Москва) освоен выпуск целого ряда установок для доочистки питьевой воды под общим названием «Изумруд». Очистка воды в этих установках также основана на использовании окислительно-восстановительных реакций на инертных (обменивающихся с очищаемой водой только электронами) электродах.

Основным узлом установок «Изумруд» являются компактные диафрагменные проточные электрохимические модульные элементы ПЭМ - 3 (кольцевые камеры). Устройство и принцип действия данных установок описаны (см. «Установки «Изумруд» для очистки и кондиционирования питьевой воды». Руководство по эксплуатации, Москва, 2006 г.).

Вода, обработанная в установках типа «Изумруд», имеет измененный ОВП по сравнению с исходной в сторону восстановительных значений не менее, чем на 200 мВ. рН дочищенной воды близок к нейтральному его значению.

Из представленной информации о способах приготовления ЭА воды видим следующее.

Все известные способы электрообработки воды позволяют получать водные растворы с отрицательным ОВП. Эти жидкости могут быть использованы в заявляемом способе приготовления ультрапресной воды в качестве одного из компонентов реагирующих веществ (как средство ощелочения).

Эффект ощелочения водного раствора ожидается от реализации реакций нейтрализации и восстановления между отрицательно заряженными частицами, содержащимися в ЭА воде и положительно заряженными частицами (Н⁺), содержащимися в дистиллированной воде при смешивании указанных жидкостей в определенных соотношениях.

Однако механизм смешивания жидкостей с различными значениями ОВП (и с целью получения водных растворов с заданным рН) до настоящего времени не изучен. Этот факт сдерживает развитие эффективных методов регулирования рН водных растворов, которые могли бы быть использованы для приготовления воды питьевого назначения, но рН которых не удовлетворяет требованиям разработчика питьевой воды.

Для выяснения физико-химических процессов, протекающих при электрообработке воды, последовательно рассмотрим окислительно-восстановительные реакции, протекающие у электродов.

Реакция у катода:

Ион ОН^-, гидратируясь, образует соединение

согласно реакции:

Образовавшиеся в результате реакции (1) атомы водорода постепенно объединяются в молекулы и улетучиваются из водной среды.

Химическое вещество, полученное в результате реакции (2), так же как и ион ОН^-, называют гидроксил-ионом. Однако, по своей сути, химическое соединение

является анионом водорода Н^-, гидратированным перекисью водорода H₂O₂. Этот факт следует учитывать при изучении механизма взаимодействия указанного вещества с организмом человека и при анализе химических реакций его с различными другими веществами.

Реакция у анода:

Полученные в результате реакции (3) ионы водорода Н⁺ гидратируются и образуют соединение Н₃О⁺ т.е.

Гидратированный ион водорода H₂O⁺ обычно называют гидроксонием либо просто протоном. Реже это вещество называют водной кислотой или катионом водорода, а также лионием.

Молекулы ОН, образовавшиеся при диссоциации воды и указанные в реакции (3), являются короткоживущими (время их жизни составляет наносекунды) и разлагаются вскоре после их образования на атомарные водород и кислород либо под влиянием анодного напряжения диссоциируют, образуя атом кислорода и протон водорода согласно выражению:

Вещества, полученные в результате диссоциации молекул воды у электродов (к ним относятся гидратированные ионы водорода Н₃О⁺, анион водорода

, O_(г)), и Н_(г) конвективными потоками перемещаются по всему рабочему объему камеры. При этом они могут участвовать в химических реакциях как между собой, так и с другими компонентами водного раствора либо соприкасаться с поверхностью электродов и, взаимодействуя с ними, изменять свою суть. Атомы кислорода, по мере объединения их в молекулы, могут покидать водную среду.

Продолжим наблюдение за явлениями, происходящими при ЭХО воды, и рассмотрим реакцию нейтрализации ионов водорода Н⁺ и гидроксил-ионов ОН^-, полученных в результате реакций (2) и (4):

В результате взаимодействия указанных веществ образуются электрически нейтральные молекулы перекиси водорода Н₂О₂, воды и газообразного водорода.

Количество частиц, полученных при электролизе в результате реакций (2) и (4), в водном растворе непрерывно увеличивается, но согласно закону действия масс их ионное произведение в водном растворе должно оставаться постоянным. Следовательно, эти ионы должны провзаимодействовать между собой либо с другими компонентами водной среды и образовать другие вещества с другими физико-химическими свойствами.

Перекись водорода относится к стабильным промежуточным веществам и в водном растворе, подвергнутом электроактивации, может накапливаться в значительных количествах.

Образовавшаяся перекись водорода в результате реакции (6) и по мере ее накопления в рабочем объеме может диссоциировать в водном растворе, образуя протон водорода Н⁺ и анион перекиси водорода

согласно реакции:

В условиях электролиза количество диссоциированных молекул H₂O₂ в водном растворе может оказаться значительным, т.к. процесс ЭА воды длится от 10 до 30 минут и более.

Анион перекиси водорода НО₂ ^- гидратируется молекулой перекиси водорода согласно реакции:

Последний (анион

) так же, как и перекись водорода, может накапливаться в водных растворах и существовать в них продолжительное время.

Реакция (6), а также реакции (7) и (8) активно протекают лишь по мере достаточного перемешивания водного раствора, осуществляемого конвективными потоками и влиянием потенциала электродов установки. Поэтому многие ионы водного раствора (Н⁺ и ОН^-) не смогут участвовать в реакции (6) и за определенный промежуток времени вновь могут достичь поверхности электродов и оказаться под их влиянием.

Так, у катода пройдут реакции восстановления гидроксония с образованием молекулы воды и атомарного водорода:

Многие ионы ОН^-, соприкоснувшись с поверхностью анода, передадут ему свои электроны, образуя атомарный водород и перекись водорода:

Реакция (10) так же, как и реакция (6), свидетельствуют о том, что в водном растворе при ЭХО воды происходит непрерывное увеличение количества перекиси водорода Н₂О₂. В одном случае она образуется в результате реакций нейтрализации ионов, образовавшихся при электролизе воды, в другом - путем окисления ионов

у анода.

Имеющиеся в водном растворе молекулы перекиси водорода вместе с другими компонентами водной среды также непрерывно перемещаются конвективными потоками в рабочем объеме электролизера. Этот факт приводит к возможности соприкосновения их (молекул) с поверхностью электродов и осуществлению реакций восстановления у катода:

,

а также:

(* Условием для осуществления реакции (12) является наличие в воде перекиси водорода, существующей в виде кластеров, в противном случае реализуется реакция (11).

Приведем также ряд других реакций, протекающих при ЭХО воды, что необходимо в связи с выяснением механизма взаимодействия ЭА воды с организмом человека.

Так, часть атомов кислорода, образовавшихся в результате реакции (5) и затем соединенных в молекулы O₂, под действием потенциала электродов участвует в восстановительных реакциях:

и

Продукты реакций (13) и (14) участвуют затем в реакциях соударений:

Наличие большого количества кислорода, образующегося при ЭА воды [реакции (5) и (15)], способствует протеканию реакции, приведенной ниже, и стремительному увеличению концентрации анионов перекиси водорода в водном растворе:

Данная реакция является неравновесной по отношению к перекиси водорода, содержащейся в ЭА воде. В результате ионы

оказываются ответственными за формирование отрицательного вектора ОВП водной среды при электроактивировании.

Образование анионов перекиси водорода

мы наблюдали также при протекании равновесной реакции (8).

Однако процесс накопления в водном растворе частиц, характерных для процесса ЭХО воды, не бесконечен. Наступает момент, когда их количество практически не изменяется с течением времени, что объясняется образованием равновесной концентрации между поступающими в раствор от электродов ионизированными частицами и другими компонентами - участниками перечисленных выше реакций при ЭАВ.

Процесс электроактивации при этом прекращают путем отключения установки от питающей сети (либо она отключается автоматически).

Анализируя представленную выше схему электрохимических реакций, протекающих при электролизе воды, можно сделать следующие выводы:

- вода в процессе электрохимической обработки ее постоянным током обогащается молекулами перекиси водорода Н₂О₂, которые могут накапливаться в ней в значительных количествах;

- в водном растворе при электролизе образуется большое количество отрицательных частиц, таких как

которые могут находиться в ней продолжительное время и формировать отрицательный вектор ОВП;

- вода при ЭА обогащается радикалами, атомами и молекулами кислорода

О^2-, О, О₂.

Одновременно с отключением установки для электролиза от питающей сети начинается процесс пассивации водного раствора (релаксация или нейтрализация), т.е. утрата (ослабление) полученных водой до этой поры электрофизических свойств.

В процессе пассивации изменяется и ионный состав водной среды.

Период пассивации длится от нескольких часов до 2-3 суток и более. За этот промежуток времени вода приобретает физико-химические свойства, близкие к свойствам исходной воды, и считается «обычной».

После отключения установки от питающей сети еще некоторое время будут протекать реакции (15-17) и пройдут следующие:

,

Молекулы перекиси водорода, полученные в результате (18 и 19), а также (6), объединяются в более крупные образования и превращаются в воду согласно реакции:

Процесс пассивации заканчивается по мере приобретения водным раствором электрофизических свойств, близких к свойствам исходной воды.

Использование ЭАВ для практических целей будем планировать с учетом достигнутого эффекта электрообработки и степени ее пассивации.

Анализируя полученные результаты, касающиеся физико-химических процессов, протекающих при ЭХО воды, а также в процессе экспериментальных исследований, установлено следующее:

при слиянии дистиллята (либо другого водного раствора, обогащенного ионами водорода Н⁺) с некоторым количеством электроактивированной воды, ОВП которой имеет отрицательную величину, образуются водные растворы, рН которых является функцией совокупной концентрации отрицательно заряженных частиц, содержащихся в электроактивированной воде; рН водных растворов при этом увеличивается.

Выявление характера данной функции нетривиально, т.к. представляется сложным располагать достоверной информацией о составе и свойствах всех компонентов водной среды. Сложным также является процесс взаимодействия исследуемого объекта с окружающей средой и т.п.

Поэтому для решения задачи, связанной с получением водного раствора с заданным значением рН, в зависимости от электрофизических свойств смешиваемых жидкостей, целесообразно воспользоваться результатами экспериментальных наблюдений.

Вначале проведем модельный эксперимент.

С этой целью представим реакции, протекающие в период пассивации электрообработанной воды.

К ним относятся реакции восстановления (15) и (16), т.е.

И реакции нейтрализации (18) и (19), а также (6)

,

Предположим далее, что все отрицательно заряженные частицы, участвующие в указанных выше реакциях, являются «представителями» ЭА воды.

Нами они (отрицательные частицы) рассматриваются как средство ощелочения в водном растворе, полученном при слиянии двух жидкостей - дистиллята и электроактивированной воды.

А все положительно заряженные частицы (в тех же реакциях) являются «представителями» дистиллированной воды.

Нами дистиллят рассматривается как основной компонент для приготовления воды питьевого назначения и является объектом ощелочения.

Теперь «приготовим» водный раствор, компонентами которого являются дистиллят и ЭА вода (в модельном эксперименте их соотношение безотносительно) и проанализируем результаты реакций (15), (16), (18), (19) и (6).

В каждой из рассматриваемых реакций ионы гидроксония Н₃О^- изменяют свою суть, что приводит к снижению концетрации ионов водорода H⁺ в водном растворе, следовательно, и к его ощелочению.

В реакциях (15) и (16) ионы водорода Н⁺, взаимодействуя с ионизированными частицами кислорода О^2- и

образуют гидроксил-ионы Н₃О₂ ^-. Реакция водного раствора сдвигается в сторону ощелочения.

Реакции (18), (19) и (6) являются типичными реакциями нейтрализации, в которых ионы водорода H⁺ вступают в реакцию с анионами перекиси водорода

, с ионизированной перекисью водорода

и гидроксил-ионами

образуя нейтральные молекулы и атомы Н₂О₂, Н₂О, О, Н₂.

Эффект ощелочения водного раствора (в результате протекания реакций (18), (19) и (6) достигается за счет снижения концентрации в нем ионов гидроксония Н₃О⁺.

Вывод, который сделан нами на основе модельного эксперимента, следующий:

Водный раствор, полученный путем слияния дистиллята и ЭА воды, имеющий отрицательную величину ОВП, ощелачивается в результате протекания реакций соударений ионов водорода Н⁺ («принадлежащих» дистилляту) с компонентами электроактивированной воды O₂ ^-, О^2-,

,

и

.

Проведем также экспериментальную проверку эффективности заявляемого способа приготовления ультрапресной воды хозяйственно-питьевого назначения.

Она заключается в изучении лабораторными методами физико-химических свойств водных растворов, полученных путем смешивания деминерализированной воды, рН которой ниже требуемой величины (в заявляемом способе рН питьевой воды указан равным 6,7±0,2), с определенным количеством электроактивированной воды, ОВП которой имеет отрицательную величину (степень активации ЭА воды допустима в широких пределах - от самых незначительных величин, например от (-5 мВ) до (-500 мВ) и более в сторону отрицательных величин).

Способ осуществляли в следующем порядке.

Для приготовления деминерализированной воды использовали аквадистиллятор электрический аптечный марки ДЭ-4-02-«ЭМО». В качестве исходной воды брали воду городского водоснабжения (водозабор р. Днестр).

рН полученной воды составлял 5,45, солесодержание 0 4 мг/л.

Данную воду использовали как в качестве основного компонента для приготовления питьевой воды, так и для приготовления электроактивированной воды.

Электроактивированную воду готовили на установке для доочистки и получения питьевой воды марки «Изумруд - К-1» (НПО «Экран», г. Москва).

Условиями эксплуатации установок марки «Изумруд» предусмотрено, что обрабатываемая ими вода должна быть электропроводной с минерализацией от 0,06 до 1,0 г/л.

Поэтому, чтобы получить воду, пригодную для последующей ее электрообработки, в высокочистую воду добавляли сульфат магния MgSO₄.

Ионный состав подготовленной для электрообработки воды был следующим:

Mg²⁺=20…25 мг/л;

SO₄ ^2-=80-100 мг/л.

Приготовленную таким образом электропроводную воду помещали в емкость из нержавеющей стали и прокачивали через проточные электрохимические реакторы ПЭМ - 3, установленные в установке «Изумруд К-1». Необходимое давление напорной водопроводной линии (1-3 атм, предусмотретренное для установки «Изумруд») достигалось насосной станцией фирмы Grundfos (Германия).

Производительность установки при электрообработке воды составляла 40 л/час.

Полученный водный раствор хранили в стеклянной таре и использовали по истечении не более 4-х часов.

рН электрообработанной воды составлял 7,1, ОВП=(-190) mV.

рН растворов измеряли лабораторным рН-метром с точностью ± 0,04.

ОВП жидкостей измеряли карманным измерителем окислительно-восстановительного потенциала «ORP» производства фирмы «HANNA Instrument» (Голландия).

Солесодержание измеряли карманным кондуктометром марки H1 98302 (DIST-2) производства фирмы «HANNA Instrument» (Голландия).

Для экспериментальной проверки эффективности заявляемого способа приготовления воды было приготовлено три водных раствора, в каждом из которых одна часть ЭА воды (25 мл) смешивалась с тремя (75 мл), пятью (125 мл) и с десятью (250 мл) частями дистиллированной воды.

рН приготовленных таким образом растворов измеряли лабораторным рН-метром по следующей схеме:

1-е измерение осуществлялось вскоре после приготовления водного раствора (через несколько минут);

2-е измерение проводилось через 2 часа после приготовления раствора;

3-е измерение - через 24 часа.

Результаты измерений заносились в таблицу.

Анализ представленных в таблице результатов измерений физико-химических свойств водных растворов, полученных в процессе экспериментальной проверки эффективности приготовления питьевой воды, показал следующее.

Предложенный способ регулирования рН водного раствора, полученного путем слияния дистиллята (взятого в количестве 70-95% объемных процентов от общего объема приготавливаемой жидкости) и ЭА воды, подготовленной специальным образом (и взятой в количестве 5-30% от общего объема приготавливаемой жидкости), эффективен и может быть использован при приготовлении питьевой воды, основным компонентом которой является дистиллят, рН которого не удовлетворяет нормативным требованиям на питьевую воду, но ниже требуемого предела.

Действительно, из таблицы видим, что рН водных растворов с течением времени постепенно увеличивается до заданных величин. Через 1-2 суток ощелочение раствора прекращается.

Наблюдаемый эффект увеличения рН растворов, безусловно, связан с реализацией реакций восстановления и нейтрализации (6), (15), (16), (18) и (19).

Кроме того, в таблице приведены расчетные значения рН водных растворов и фактические измеренные через 24 часа (рН факт/расч.), путем использования формулы:

где Vдист - объем дистиллированной воды, мл;

V_ЭА - объем электроактивированной воды, мл;

рНдист, рН ЭА - показатель ионов водорода и ЭА воды соответственно.

Сравнивая расчетные и фактически измеренные значения рН водных растворов, видим, что они отличаются на значительную величину - на 1,19 для раствора №1, на 1,125 для раствора №2 и на 1,1 для раствора №3.

Этот факт также является экспериментальным подтверждением эффективности заявляемого способа регулирования рН водных растворов, приготовленных путем слияния дистиллята и ЭА воды, имеющей отрицательную величину ОВП.

Для минерализации готовили насыщенные водные растворы сульфатов магния, цинка, хрома и лития и хлорида калия. Затем в дозированных количествах вводили их в водный раствор, полученный путем слияния дистиллята (90% по отношению к общему объему приготовленного водного раствора) и ЭА воды (10% по отношению к общему объему приготовленного водного раствора).

Согласно справочным данным (Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов (I-IV) и (V-VIII) групп. Справочн. изд. Под общей редакцией В.А.Фролова, Ленинград, «Химия», 1988 и 1989 г.) в 100 мл воды при 20°C растворяется:

35,1 г сульфата магния (плотность 2,66 г/см³);

54,1 г сульфата цинка (плотность 3,74 г/см³);

34,7 сульфата лития (плотность 2,221 г/см³);

64 г сульфата хрома (плотность 3,01 г/см³);

34,4 хлорида калия (плотность 1,99 г/см³).

После смешивания 100 мл воды с указанными солями получили:

113, 2 мл насыщенного раствора сульфата магния;

114,47 мл насыщенного раствора сульфата цинка;

115,62 насыщенного раствора сульфата лития;

121,26 мл насыщенного раствора сульфата хрома;

117,23 мл насыщенного раствора хлорида калия.

Зная атомную или молекулярную массу ионов, используемых для минерализации воды, определили, что, для того чтобы достичь необходимой степени минерализации водного раствора, 10 литров деминерализированной воды, необходимо смешать:

- с 3,39 мл насыщенного раствора MgSO₄;

- с 0,098 мл насыщенного раствора ZnSO₄ (или 9,8 мл на 1000 литров воды);

- с 0,029 мл насыщенного раствора Li₂SO₄ (или 2,9 мл на 1000 литров воды);

- с 0,00357 мл насыщенного раствора Cr₂(SO₄)₃ или 0,357 мл на 1000 литров воды;

- с 1,17 мл насыщенного раствора KCl.

Необходимые дозы насыщенных растворов для минерализации отмеряли медицинским шприцем и вводили в емкость, содержащую водный раствор, компонентами которого являются дистиллят и ЭА вода в заданных количествах.

Процедура обеззараживания полученной воды и ее бутилирования - стандартная.

Полученный водный раствор прозрачен, без запаха и привкусов.

Жесткость воды была в пределах 1,5-2,0 мг-экв/л.

Эффективность заявляемого способа подтверждена Протоколом испытаний в аттестованной лаборатории ОАО «ИнтерХим».

Свойства дистиллята, ЭА воды и водных растворов, приготовленных на их основе, см. в таблице.

№ п.п.	Дистиллят		ЭА вода			рН водных растворов, интервал измерений
№ п.п.	кол-во частей	рН	кол-во частей	рН	ОВП, мВ	вскоре после приготовления	через 2 часа	через 24 часа факт./расч.
1	3	5,45	1	7,1	-190	6,6	6,8	7,05/5,86
2	5	5,45	1	7,1	-190	6,2	6,5	6,85/5,73
3	10	5,45	1	7,1	-190	5,95	6,15	6,70/5,6

Claims

Способ приготовления ультрапресной воды хозяйственно-питьевого назначения, предусматривающий деминерализацию исходной воды и последующее введение MgSO₄, ZnSO₄, Li₂SO₄, Cr₂(SO₄)₃ и KCl, отличающийся тем, что деминерализированную воду разделяют на две части, в первую часть вводят MgSO₄ в количестве, обеспечивающем содержание катионов Mg²⁺=20-25 мг/л и анионов SO₄ ^2-=80-100 мг/л, и подвергают электроактивации, полученную таким образом электроактивированную воду, окислительно-восстановительный потенциал которой имеет отрицательную величину от -5 мВ до -500 мВ, смешивают со второй частью деминерализированной воды при их соотношении, равном (5-30):(70-95), соответственно, доводят рН до 6, 5-6,9, а полученный водный раствор минерализируют путем введения MgSO₄, ZnSO₄, Li₂SO₄, Cr₂(SO₄)₃ и KCl в количестве, обеспечивающем ионный состав, мг/л:
K⁺=16…20; Mg²⁺=18…24;
Zn²⁺=1,6…1,99; Li²⁺=0,06…0,16;
Cr³⁺=0,01…0,08; Cl^-=15…18; SO₄ ^2-=75…100.