Способ получения обогащенной питьевой воды

Изобретение относится к области подготовки питьевой воды, в частности ее обогащения минеральными добавками, и может быть использовано в водоснабжении, пищевой промышленности и других областях для получения высококачественной питьевой воды, обогащенной кальцием в биологически усвояемой форме. Способ включает получение кальцийсодержащей добавки путем смешивания измельченного биогенного кальцийсодержащего материала с лимонной или аскорбиновой кислотами и ее внесение в объем воды с последующим растворением до заданной концентрации кальция, причем в качестве биогенного кальцийсодержащего материала используют, в форме мицеллата, измельченный до частиц с размером 10^-7 м мел (писчий), содержащий порошковый кальцит, а его смешивание с лимонной или аскорбиновой кислотами осуществляют при массовом соотношении 1:0,8 и 1:1,25, соответственно. Предпочтительно, кальцийсодержащую добавку растворять предварительно в меньшей части объема обогащаемой воды, а полученный раствор вносить в большую часть объема. Получаемая слабощелочная структурированная вода с приятным вкусом является физиологически полноценной питьевой водой, обогащенной биодоступным кальцием, с использованием дешевого и доступного кальцийсодержащего материала. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области подготовки питьевой воды, в частности ее обогащению минеральными добавками, и может быть использовано в водоснабжении, пищевой промышленности и других областях для получения высококачественной питьевой воды, обогащенной кальцием в биологически усвояемой форме.

Кальций - один из наиболее существенных элементов, необходимых для функционирования жизненно важных систем организма человека и животных. Он участвует в процессах формирования костной ткани, передачи нервного импульса, регуляции кровяного давления и др. Дефицит кальция в организме, вызываемый недостаточным его потреблением с пищей и водой приводит к многочисленным нарушениям со стороны различных систем организма.

В связи с этим в 1996 г. введены в действие технические условия ТУ 9199-001-27418087-6, регламентирующие содержание кальция в воде, что привело к появлению способов получения питьевой воды с заданным содержанием кальция.

В настоящее время известен ряд способов реминерализации обрабатываемой воды, которые предусматривают для повышения физиологической полноценности и улучшения вкусовых свойств питьевой воды обогащение ее кальцием и другими элементами. [Классификация способов обработки воды. Экологический вестник России, 9/2002].

Так, известен способ получения питьевой воды из дистиллята, заключающийся в том, что реакцию между гидроксидом кальция и диоксидом углерода проводят в эжекторе. Для этого 20-25% исходного объема дистиллята по байпасному трубопроводу направляют в эжектор, куда подают гидроксид кальция и диоксид углерода. Получаемый раствор бикарбоната кальция смешивают с основным потоком дистиллята для получения кондиционированной воды гидрокарбонатного класса (АС. SU 1507742, БИ №34, 15.09.89).

Способ позволяет значительно уменьшить затраты электроэнергии и в десятки раз сократить время пребывания обрабатываемого дистиллята в установке.

Недостатком способа является использование неорганического сырья и получение кальция в труднодоступной для человеческого организма форме.

Известен способ обогащения дистиллированной воды путем фильтрования дистиллята насыщенного двуоксидом углерода через слой гранулированного карбоната кальция (например, известняка). При этом происходит связывание агрессивного двуоксида и обогащение дистиллята ингибирующим коррозию гидрокарбонатом кальция СаСО₃+СО₂+Н₂=Са (НСО₃)₂.

Способ характеризуется простотой, надежностью и способностью к саморегулированию, что особенно важно в производственных условиях эксплуатации.

Недостатком способа является также низкая биодоступность кальция из обогащенной воды.

Повышение качества воды, упрощение способа, а также обеспечение безотходной технологии достигнуто путем одновременного введения в термически опресненную воду в смесительном устройстве раствора диоксида углерода и тонкодисперсного кальцийсодержащего материала, взятых в количестве 62-165 и 700-1300 мг/л соответственно. Последующую фильтрацию смеси ведут в течение не менее 6 мин со скоростью до 30 м/ч через кальцийкарбонатсодержащую загрузку до ее кольматации, затем через намывной слой активированного угля стабилизируют и обезвреживают озоном [АС. SU №1412232, Б 434, 15.09.90].

Полученная обогащенная вода, также как и предыдущие аналоги, содержит кальций в биологически труднодоступной форме, а способ отличается сложностью технологического оформления.

Повышение биодоступности и улучшение качества воды достигнуто в известном бытовом способе обогащения питьевой воды, выбранном в качестве прототипа, согласно которому кальцийсодержащую добавку получают путем смешивания мелкодисперсного измельченного природного биогенного кальцийсодержащего материала или с лимонной, или с аскорбиновой кислотами. В качестве природного биогенного кальцийсодержащего материала используют коралловый кальций, состоящий на 90% из карбоната кальция, который в присутствии соответствующей кислоты в водной среде образует биологически усвояемые соединения кальция, например цитрат кальция.

Недостатками способа являются дороговизна сырья - 30 однограммовых пакетиков стоят порядка тысячи рублей, его дефицитность и индивидуальность применения [И.Филипова. Кальций - ион здоровья. ИД “Весь”, Санкт-Петербург, 2001, с. 37-40].

Задачей изобретения является расширение ряда способов обогащения питьевой воды биодоступным кальцием с использованием дешевого и доступного биогенного кальцийсодержащего материала.

Техническими результатами, которые могут быть достигнуты при реализации способа являются:

- повышение технологичности способа;

- доступность сырья;

- снижение себестоимости обогащенной воды;

- обеспечение возможности промышленной реализации способа.

Решение указанной задачи и достижение вышеперечисленных результатов стали возможны благодаря тому, что в известном способе получения обогащенной воды, включающем получение кальцийсодержащей добавки путем смешивания измельченного биогенного кальцийсодержащего материала с лимонной или аскорбиновой кислотами и ее внесение в объем воды с последующим растворением до заданной концентрации кальция, в качестве биогенного кальцийсодержащего материала используют, в форме мицеллата, измельченный до частиц с размером 10^-7 м мел (писчий), включающий порошковый кальцит, а его смешивание или с лимонной, или с аскорбиновой кислотами осуществляют в массовом соотношении 1:0,8 или 1:1,25 соответственно.

В частном примере исполнения кальцийсодержащую добавку растворяют предварительно в меньшей части обогащаемой воды, а полученный раствор вносят в большую часть объема обогащаемой воды.

Введение в совокупность существенных признаков заявляемого способа операции использования в качестве биогенного кальцийсодержащего материала мела (писчего) обусловлено специфичностью формирования в природе этого полезного ископаемого.

Мел (писчий) как порода представляет собой переходную разновидность от органических известняков к известнякам химического происхождения. Это белая, слабосцементированная тонкозернистая порода, состоящая на 96-99% из СаСO₃. В составе карбонатной части мела различают три группы компонентов:

- органические остатки (растительные и животные);

- кристаллы кальция с хорошими гранями;

- порошковый кальцит.

Большую часть мела слагают органические остатки, что и позволяет отнести мел (писчий) к биогенным материалам. Среди органических остатков основную роль играют коккоминофориды и фораминиферы. Содержание органических остатков в мелу различных месторождений колеблется от 10 до 75% всей массы породы. Одной из важнейших составляющих частей мела является порошковый кальцит, представленный мельчайшими крупинками. Содержание порошкового кальцита в мелу в среднем близко к 30-40% [Курс месторождений твердых полезных ископаемых. Под редакцией П.М.Татаринцева и А.Е.Карякина. Л., “Недра”, 175, с.502-507].

Порошковый кальцит идентичен по химическому составу остальной массе породы, однако отличается от нее размерами частиц, которые не превышают 10^-7 м и их слабым сцеплением, что позволяет перевести эту часть мела в мицеллярное состояние с минимальными энергетическими затратами, т.е. соответственно с меньшим расходом лимонной или аскорбиновой кислот.

Использование мела (писчего) в мицеллярном состоянии, т.е. состоянии при котором частицы мела растворяются практически мгновенно, повышает также технологичность процесса и достоверность контроля по концентрации кальция.

В связи с большими запасами мел (писчий) является доступным и дешевым сырьем, позволяющим осуществлять заявленный процесс обогащения в промышленных масштабах.

Существующие на данный момент времени мельницы-измельчители обеспечивают требуемую степень дисперсности. Одним из известных прогрессивных способов получения мелкодисперсного мела (писчего) путем его глубокой деструкции является деструкция с помощью кавитационных процессов в резонансном режиме, которая позволяет меловым частицам дополнительно приобрести нескомпенсированные поверхностные электрические заряды и переводит деструктированный мел в мицеллярное состояние.

Способ осуществляется следующим образом.

Мел (писчий), измельченный до размера частиц 10^-7 м в форме мицеллата, смешивают с лимонной или аскорбиновой кислотой в соотношении 1:0,8 и 1:1,25 соответственно. Полученную кальцийсодержащую добавку растворяют в объеме воды до заданного содержания кальция.

В частном примере исполнения полученную кальцийсодержащую добавку растворяют в меньшей части обогащаемой воды (примерно 0,1%), а затем с помощью дозатора вносят в больший объем обогащаемой воды. Это позволяет упростить технологию и контролировать содержание кальция при смешении двух жидкостей, а не жидкости и твердой фазы, которая еще должна перейти в другое фазовое состояние.

Контроль процесса осуществляют по иону кальция с использованием датчика химсостава. В обогащенной воде содержание кальция не должно превышать 80 мг/л воды. Общее количество добавки для кондиционирования 1 м³ обогащаемой воды, как правило, не превышает 200 г.

Изобретение явным образом не следует из мирового уровня техники. Из мирового уровня техники не выявлены технические решения того же назначения, совокупность признаков которого идентична существенным признакам заявляемого изобретения.

Практическую применимость способа доказывают следующие примеры конкретного исполнения.

Пример 1.

Измельчают в кавитационной мельнице мел (писчий) до мицеллата с размером частиц 10^-7 м (плотность 1,6 г/см³). Смешивают 200 г мицелата со 160 г лимонной кислоты, что соответствует их соотношению 1:0,8. Полученную добавку вносят в 1 м³ обогащаемой воды (дистиллята). После смешивания получена высококачественная вода с принятыми органолептическими показателями и содержанием ионов кальция, равным 80 мг/л.

Пример 2.

По примеру 1 только полученную добавку первоначально растворяют в 1 литре обогащаемой воды (без выпадения твердого осадка), а затем вносят в оставшийся объем обогащаемой воды. Получают 1 м³ высококачественной воды с содержанием ионов кальция 80 мг/л.

Пример 3.

По примеру 2. В качестве обогащаемой воды берут дистиллят. В емкости, содержащей 1 л дистиллята, растворяют добавку, содержащую 200 г мицелата мела писчего (плотность 1,6 г/см³) и 250 г аскорбиновой кислоты, что соответствует их соотношению 1:1,25. Полученный концентрат с помощью дозатора вносят в основную емкость, где смешивают с основным объемом воды. Обогащенная вода в количестве 1 м³ содержит 80 мг/л ионов кальция и имеет приятный вкус, не образует осадка.

Пример 4.

По примеру 2 только соотношение мицеллата мела (писчего) и лимонной кислоты составляет 1:1. Обогащенная вода содержит ионов кальция 88 мг/л.

Пример 5.

По примеру 2 только соотношение мицеллата мела (писчего) и лимонной кислоты составляет 1:0,5. Обогащенная вода содержит ионов кальция 68 мг/л.

Пример 6.

По примеру 3 только соотношение мицеллата мела (писчего) и аскорбиновой кислоты составляют 1:1,5. Обогащенная вода содержит ионов кальция 90 мг/л.

Пример 7.

По примеру 3 только соотношение мицеллата мела (писчего) и аскорбиновой кислоты составляет 1:1. Обогащенная вода содержит ионов кальция 70 мг/л.

Пример 8.

По примеру 4 только содержание мицелата составляет 100 г. Обогащенная вода содержит ионов кальция 57 мг/л.

Как видно из представленных примеров практической реализации способа при соблюдении операций заявляемого способа (примеры 1-3) достигается физиологическая полноценность обогащенной кальцием воды. Осадок не выпадает. Содержание ионов кальция составляет 80 мг/л.

Изменение соотношений мицеллата мела писчего и лимонной или аскорбиновой кислоты в сторону увеличения количества кислоты приводит к непроизводительным затратам реагентов, а в сторону уменьшения количества кислоты - к недостаточному содержанию ионов кальция.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков позволяет расширить ряд способов обогащения воды биогенным кальцийсодержащим материалом, снизить стоимость исходного сырья по сравнению с прототипом, повысить технологичность процесса, одновременно с насыщением питьевой воды кальцием витаминизировать и превратить в физиологически полезную для человеческого организма.

1. Способ обогащения питьевой воды, включающий получение кальцийсодержащей добавки путем смешивания измельченного биогенного кальцийсодержащего материала с лимонной или аскорбиновой кислотами и ее внесение в объем воды с последующим растворением до заданной концентрации кальция, отличающийся тем, что в качестве биогенного кальцийсодержащего материала используют, в форме мицеллата, измельченный до частиц с размером 10^-7 м мел (писчий), включающий порошковый кальцит, а его смешивание с лимонной или аскорбиновой кислотами осуществляют в массовом соотношении 1:0,8 и 1:1,25 соответственно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кальцийсодержащую добавку растворяют предварительно в меньшей части объема обогащаемой воды, а полученный раствор вносят в большую часть объема обогащаемой воды.