Кондиционирующая добавка для минерализации и очистки воды
Владельцы патента RU 2377189:
Боришпольский Андрей Леонидович (RU)
Фомишин Владимир Александрович (RU)
Князькин Геннадий Юрьевич (RU)
Полухин Олег Валентинович (RU)
Малютин Станислав Александрович (RU)
Лагунов Сергей Анатольевич (RU)
Изобретение относится к области подготовки, очистки и обогащения питьевой воды, в частности обогащения напитков минеральными добавками, и может быть использовано для минерализации воды и напитков кальцием и магнием в биологически усвояемой форме. Кондиционирующая добавка представляет собой многокомпонентный высокодисперсный коллоидный раствор водной суспензии карбонатов кальция и магния с размером частиц 10-7-10-9 м, активной поверхностью не более 500 м2/мл. Добавку получают из минеральных ископаемых отложений морского происхождения, при этом она содержит компоненты с массой в % по сухому остатку: углекислый кальций 0,4-99%, углекислый магний 0,4-99%, микроэлементы - цинк, железо, хром 0,03-3,0%. Плотность водной суспензии не превышает 1,7 кг/литр, а минеральная составляющая достигает 58% от массы суспензии, остальное - вода. Изобретение обеспечивает повышение эффективности применения труднорастворимых в воде солей - углекислых кальция и магния, обусловленное существенным уменьшением размера частиц коллоидного раствора и, как следствие, увеличением активной поверхности для взаимодействия с биологической средой. Применение карбонатов кальция и магния в коллоидном состоянии не приводит к их передозировке при потреблении воды и напитков. 5 табл.
Изобретение относится к области минерализации и очистки воды и напитков на ее основе и может быть использовано в водоснабжении для получения высококачественной питьевой воды, обогащенной кальцием и магнием в биологически усвояемой форме, также пищевой промышленности и других областях.
Известно, что водные растворы, суспензии углекислого кальция и магния минерального и морского происхождения (мел, известняк, кальцит, мрамор, доломит) в частности, широко применяются в строительстве и химической промышленности (в качестве наполнителя красок, шпатлевках, пластмасс), сельском хозяйстве, (животноводстве, птицеводстве в качестве кормовой добавки) в практике водоподготовки и очистки питьевой воды практически не применяется в виду большого размера частиц более 10-6 м, небольшой активной поверхностью частиц менее 12 м2/г, низкой биологической активностью (в биологически активных добавках применяется только с веществами способными перевести их в легкорастворимые соединения).
Из уровня техники также известен напиток в виде 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 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 (патент RU 2247079, 2003 г.), что переводит кальций в ионный вид. Недостатками известного решения является возможность возникновения передозировки при применении полученного согласно этому изобретению напитка и, как следствие, отрицательное физиологическое воздействие на организм человека (гастрит, язва).
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности минерализации и очистки воды, а также эффективности применения труднорастворимых в воде солей углекислого кальция и магния, в виде высокодисперсной водной суспензии, содержащихся в продукте, расширить область применения. Это стало возможным за счет существенного уменьшения размера частиц и, как следствие, качественное увеличение активной поверхности для взаимодействия с очищаемой водной средой, а также и с биологической средой органов человека. Применение карбоната кальция и магния не в ионном виде (как в прототипе), а в коллоидном состоянии (мицеллярном виде) не приводит к передозировке и к возможности возникновения болезней, поскольку, даже в случае избыточного введения в организм воды с этими компонентами, организмом будет освоено только требуемое данным организмом количество, а остальное выводится как неосвоенное.
Для достижения поставленной задачи кондиционирующая добавка для минерализации и очистки воды представляет собой многокомпонентный высокодисперсный коллоидный раствор водной суспензии карбоната кальция и магния с размером частиц 10-7-10-9 м, с активной поверхностью не более 500 м2/мл, полученный из минеральных ископаемых отложений морского происхождения, содержащий компоненты с массой в % по сухому остатку:
| - углекислый кальций | 0,4-99%, |
| - углекислый магний | 0,4-99%, |
| - микроэлементы - цинк, железо, хром | 0,03-3,0%, |
плотность водной суспензии не превышает 1,7 кг/литр, минеральная составляющая достигает 58% от массы суспензии, а остальное - вода.
При внесении небольшого количества мицеллата углекислого кальция и магния в воду, благодаря высокому «дзета - потенциалу», каждая частица покрывается многочисленными водными слоями, образует нейтрально заряженную мицеллу, обладающую высокой подвижностью и большой активностью, способной реагировать с посторонними примесями в водных растворах. Данные свойства используются, в частности, для кондиционирования и доочистки воды, где основная его часть обогащает питьевую воду макро- и микроэлементами, доводит ее реакцию до нейтральной или слабощелочной, а другая часть участвует в очистке от посторонних примесей.
Заявленные свойства подтверждены исследованиями, проведенными в РАМН ГУ НИИ «Экологии человека и гигиены окружающей среды», им. А.Н.Сысина, (Аттестат аккредитации Департамента госсанэпиднадзора МЗ РФ ГСЭН.RU.ЦОА.234, № РОСС RU.0001.511603 от 12 января 1999 г.), экспертное заключение №6/38 от 03.04.07 г.и № 6/111 от 14.11.2003 г., на основании которых выдано разрешение, в частности, на применение в качестве кондиционера питьевой воды, СЭЗ № 77.99.27.574.Д.005847.05.07 от 23.05.20007 г.
В конце июля 2007 г. ООО «Славянская аптека», по ТУ 5743-001-43646913-2006, в соответствии с настоящим изобретением была выпущена первая опытно-промышленная партия кондиционера питьевой воды «Мицеллат» для индивидуального применения.
Основной состав: концентрированный водный высокодисперсный коллоидный раствор углекислого кальция и магния, полученный из меловых ископаемых отложений морского происхождения не химическим способом, частицы имеют кристаллически незавершенную структуру и размер порядка 10-7-10-9 м с активной поверхностью порядка 430 м2/мл, с разным составом макро- и микроэлементов, которые отражены в таблицы № 1. Плотность марки «О» - 1,5 кг/литр, марки «А» - 1,3 кг/литр.
| Таблица №1 | ||||
| Наименование макро- и микроэлементов в карбонатных соединениях | Содержание макро- и микроэлементов в одной капли «Мицеллата», мг |
Содержание макро- и микроэлементов «Мицеллата», по сухому остатку, % (%, в пересчете на карбонаты) |
||
| Марка «О» | Марка «А» | Марка «О» | Марка «А» | |
| Магний (Mg2+) | 0,3±7% | 2,5±5% | 0,8…(2) | 6,7…(16,5) |
| Кальций (Са2+), | 14,5±7% | 12,5±5% | 39…(98) | 33,8…(83) |
| Цинк (Zn2+) | Следы | 0,1±7% | Следы | 0,27 |
| Хром (Cr3+) | Следы | 0,003±7% | Следы | 0,008 |
а) марка «О» - дополнительное обогащение питьевой воды кальцием в активной форме любой желаемой концетрации, приготовление водных карбонатных растворов, (Способ применения; 2-5 капель на литр воды);
б) марка «А» - дополнительное обогащение питьевой воды кальцием, магнием, цинком, хромом в активной форме пропорционально рекомендованной среднесуточной потребности организма в минералах (Способ применения; 2-5 капель на литр воды). Кроме этого дополнительно были проведены исследования, в частности:
- влияния обработки воды мицеллатом углекислого кальция на органолептические свойства воды (рН, цветность, мутность) и изменение показателей солевого состава воды (жесткость, щелочность) - таблица 2 с диаграммой;
- на эффективность очистки воды с использованием мицеллата от различных видов химического загрязнения (Fe, Al, Mn, В) - таблица 2 с диаграммой.
| Таблица 2 с диаграммой | |||||||
| Проба и время анализа | Показатели | ||||||
| рН, ед. | Цветность, град | Мутность, ЕМФ/л | Жесткость, мг-экв/л | Щелочность, мг-экв./л |
Са2+
мг/л |
||
| Дистиллированная вода | 5,77 | <0,1 | <0,1 | 0,09 | <0,1 | 0,112 | |
| Сразу после внесения мицеллата | 2 мл | 7,37 | <0,1 | 0,12 | 0,135 | 0,3 | 1,316 |
| 4 мл | 8,63 | <0,1 | 1,43 | 0,27 | 0,5 | 4,01 | |
| Через сутки после внесения мицеллата | 2 мл | 6,87 | <0,1 | <0,1 | 0,135 | 0,5 | 1,64 |
| 4 мл | 8,23 | <0,1 | <0,1 | 0,315 | 0,6 | 4,18 | |
| Через двое суток после внесения мицеллата | 2 мл | 6,89 | <0,1 | <0.01 | 0,225 | 0,5 | 1,73 |
| 4 мл | 7,68 | <0,1 | <0,1 | 0,315 | 0,7 | 4,18 |
Приведенные в таблице 2 и на диаграмме практические данные свидетельствуют, что карбонизация ионами кальция 2+ протекает устойчиво в фазе диссолюции мицеллярного коллоидного маточного раствора (раствор мицеллата углекислого кальция в дистиллированной воде в соотношении 1:500) в истинный, что не свойственно иным гранулометрическим модификациям природного кальция СаСО3.
Анализ эффективности очистки воды от химического загрязнения металлами (на модельных растворах), нормированными по органолептическому признаку вредности
железом (Fe3+) и марганцем (Mn2+), а также элементами 1-го и 2-го класса опасности (Al3+) проводилось на растворах, приготовленных на дистиллированной воде, с концентрацией 2 и 10 ПДК (железо и марганец), 1 и 2 ПДК (алюминий) показало, что содержание железа снижается в 10 раз и появляется тенденция к уменьшению концентраций марганца и алюминия (таблица 3 с диаграммой).
| Таблица 3 с диаграммой | |||
| Показатели | Исходный раствор | 2 мл маточного р-ра мицеллата | 4 мл маточного р-ра мицеллата |
| 1. Fe3+ (2 ПДК), мг/л | 2,128 | 1,064 | 0,224 |
| 2. Fe3+ (10 ПДК), мг/л | 9,184 | 1,316 | 0,92 |
| 3. Mn2+ (2 ПДК), мг/л | 0,99 | 0,97 | 0,96 |
| 4. Mn2+ (10 ПДК), мг/л | 2,92 | 2,91 | 2,87 |
| 5. Аl3+ (1 ПДК), мг/л | 0,68 | 0,68 | 0,67 |
| 6. Al3+ (2 ПДК), мг/л | 1.4 | 1,41 | 1,39 |
Оценка эффективности очистки воды, загрязненной неметаллическими химическими веществами (бор), проводилась на двух модельных водах:
- питьевая вода, прошедшая механическую очистку (с содержанием бора более чем в 5 раз превышающем ПДК - предельно допустимая концентрация);
- растворы борной кислоты, приготовленные на дистиллированной воде (с содержанием бора на уровне 2 и 4 ПДК).
В эксперименте маточный раствор мицеллата углекислого кальция использовался в объеме 2 и 4 мл на литр исследуемой пробы. Внесение раствора осуществлялось в два этапа, после первичного введения мицеллата пробы были декантированы и только затем проведено вторичное внесение маточного раствора в том же объеме. Определение концентраций бора проводилось на вторые сутки после первичного и вторичного внесения маточного раствора мицеллата углекислого кальция.
Результаты исследований, представленные в таблице 4, показали высокую эффективность очистки воды мицеллатом углекислого кальция (в разведении 1:500) от ионов железа во всем диапазоне указанных в формуле компонентов. Содержание алюминия снизилось на 50% после повторного внесения, по отношению к исходной концентрации, и составило 0,418 мг/л (для объема реагента 2 мл) и 0,4 мг/л (для объема реагента 4 мл). Концентрация бора уменьшилась на 13% и 17,8% для соответственно 2 мл и 4 мл маточного раствора мицеллата, а повторное внесение реагента ее не изменило, при этом марганец из исследуемых растворов не выводился и остался на уровне исходной концентрации.
Согласно результатам исследований маточный раствор мицеллата в объеме 2 и 4 мл при двукратном внесении в пробы, содержащие несколько загрязняющих химических веществ, позволяет снизить содержание бора соответственно на 13,3% (для 2 мл реагента) и 17,8% (для 4 мл реагента).
| Таблица 4 | ||||||||
| Исследуемые пробы | Показатели | |||||||
| РН (ед.) | Жесткость, мг-экв/л |
Щелочность, мг-экв/л | Fe3+, мг/л | Mn, мг/л |
Аl, мг/л |
В, мг/л |
||
| Водопроводная вода с внесенными элементами | 7,37 | 4,6 | 3,2 | 0,59 | 0,2 | 0,81 | 0,9 | |
| Первичное внесение мицеллата, 2 сут. | Vмиц2 мл. | 7,71 | 3,4 | 3,1 | 0,1 | 0,8 | 0,534 | 0,79 |
| Vмиц4 мл. | 7,65 | 3,2 | 3,0 | 0,03 | 0,2 | 0,476 | 0,74 | |
| Вторичное внесение мицеллата, 2 сут. | Vмиц2 мл. |
8,13 | 4,0 | 3,1 | 0,06 | 0,2 | 0,418 | 0,78 |
| Vмиц4 мл. |
8,27 | 3,9 | 3,1 | <0,01 | 0,2 | 0,4 | 0,74 |
Анализ полученных данных показал, что для питьевой воды, прошедшей механическую очистку, содержание бора после вторичного внесения маточного раствора мицеллата в объеме 2 и 4 мл снизилось на 74,3% и 67,9% соответственно. Для модельных растворов борной кислоты, приготовленных на дистилляте с содержанием бора на уровне 2 и 4 ПДК, эффективность очистки составила соответственно 38,1% и 51,5% (рабочий объем мицеллата 4 мл). Результаты исследований представлены в таблице 5.
| Таблиц 5 | |||||
| Исследуемые пробы воды | Исходная концентрация бора, мг/л |
Vмицеллата - 2 мл | Vмицеллата - 4 мл | ||
| Первичное внесение | Вторичное внесение | Первичное внесение | Вторичное внесение | ||
| Питьевая вода после механической очистки | 2,8 | 1,86 | 0,72 | 2,68 | 0,9 |
| Раствор Н3ВО3, 2 ПДК (по бору) | 0,92 | 0,9 | 0,7 | 0,88 | 0,57 |
| Раствор Н3ВО3, 4 ПДК (по бору) | 1,98 | 1,98 | 1,46 | 1,72 | 0,96 |
Настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку его реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.
Кондиционирующая добавка для минерализации и очистки воды, представляющая собой многокомпонентный высокодисперсный коллоидный раствор водной суспензии карбонатов кальция и магния с размером частиц 10-7-10-9 м, с активной поверхностью не более 500 м2/мл, полученный из минеральных ископаемых отложений морского происхождения, содержащий компоненты с массой в % по сухому остатку:
| углекислый кальций | 0,4-99 |
| углекислый магний | 0,4-99 |
| микроэлементы - цинк, железо, хром | 0,03-3,0, |
плотность водной суспензии не превышает 1,7 кг/л, минеральная составляющая достигает 58% от массы суспензии, а остальное - вода.
