Способ получения байкальской питьевой воды

Изобретение относится к производству питьевой воды в емкостях. Способ получения Байкальской питьевой воды включает забор воды 1 из озера Байкал из слоя глубинных вод, имеющего верхнюю Zв и нижнюю Zн границы водозабора, ее обработку 3, стерилизацию 4, розлив 6 в емкость и укупорку 7. Верхнюю Zв и нижнюю Zн границы слоя определяют отношениями: Zв/Zoз=0,099,

Zн=1(м)+0,09 (корень квадратный (Р(л/сек)/V(см/сек))(м),

Zоз(м) - глубина озера в месте водозабора, Р - дебит водозабора, V - максимальная скорость оседания взвешенных частиц придонного слоя, допускаемых к водозабору (см/сек). Глубинную воду первоначально стерилизуют УФ-облучением, перед розливом насыщают озоном, в воду для розлива, содержащую озон, вводят сухой лед, а внутренние поверхности укупоренной емкости стерилизуют озоном при ее поворачивании на бок или переворачивании. Розлив и укупоривание осуществляют под УФ-облучением. Изобретение позволяет увеличить объем водопользования, увеличить срок хранения готового продукта за счет обеспечения его стерильности, повысить экологичность процесса за счет исключения выбросов в атмосферу кислородно-озоновой смеси и улучшить товарные качества готового продукта. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к производству питьевой воды в бутылях или пакетах различной емкости.

Известен СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БАЙКАЛЬСКОЙ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ по патенту РФ №2045478, согласно которому вода из озера берется из горизонтов наиболее стабильных по составу чистых прозрачных вод, верхняя граница которых расположена ниже сезонного слоя скачка прозрачности, а верхняя Zв и нижняя Zн границы горизонтов определяются отношениями:

Zв.г./Zmax=0.3, Zn.r/Zmax=0.9,

где Zmax - максимальная глубина озера в месте водозабора,

воду обрабатывают путем грубой, затем тонкой очистки с последующей стерилизацией, розлив проводят в стерильные емкости, свободное пространство которых заполнено кислородно-озоновой смесью, а укупорку осуществляют в атмосфере, прошедшей очистку фильтрованием.

Недостатки способа:

1. В первом пункте формулы изобретения указано «верхняя граница Zв.г. слоя водозабора расположена ниже сезонного слоя скачка прозрачности».

У сезонного слоя скачка прозрачности нет конкретной нижней границы.

Критерии определения нижней границы сезонного слоя скачка прозрачности и ее глубины не приведены, что усложняет поиск верхней границы Zв.г. слоя водозабора.

Кроме того, в Байкале происходит скопление живых организмов в дневное время на глубинах до 200 м, а ночью они поднимаются к поверхности (суточные вертикальные миграции), а ветровое перемешивание воды в Байкале достигает глубин 200-250 м.

В слое до 250 м глубины сосредоточено наибольшее количество живых организмов. Водозабор из этого слоя нецелесообразен.

Неясно взаимодействие перечисленных факторов с сезонным слоем скачка прозрачности

Эти факторы также усложняют поиск верхней границы Zв.г. слоя водозабора на глубинах озера, меньших 250 м /0.3=833 м (см. выше Zв.г. /0.3=Zmax)

2. В первом пункте формулы изобретения указано «розлив проводят в стерильные емкости, свободное пространство которых заполнено кислородно-озоновой смесью».

Это усложняет способ и делает его небезопасным по следующим причинам.

Процесс заполнения емкости кислородно-озоновой смесью приводит к выбросу части смеси в атмосферу.

Кроме того, розлив воды в емкости, заполненные кислородно-озоновой смесью, вытесняет из емкости более 9/10 объема заполняющей ее кислородно-озоновой смеси.

Смесь фактически поступает в атмосферу производственного помещения.

Смесь физиологически, экологически и пожаро-опасна, получение ее сложно.

Возникает угроза персоналу и сохранности производственного оборудования.

Нарушается экология.

Заполнение емкости кислородно-озоновой смесью усложняет способ и приводит к негативным последствиям.

3. Нижняя граница слоя водозабора Zн.г. определяется из соотношения Zн.г. /Zmax=0.9, или Zн.г.=0.9 Zmax, и зависит от глубины озера Zmax. Например, для глубины озера Zmax=1000 м, нижняя граница слоя водозабора Zн.г. расположена на глубине 900 м и на расстоянии от дна 100 м.

Но вода в озере до самого дна имеет прекрасные питьевые качества. Только в слое толщиной менее 1 м, прилежащем к донным отложениям, содержание кислорода понижено.

Способ занижает объем водопользования.

4. В первом пункте формулы изобретения указано «укупорку осуществляют в атмосфере, прошедшей очистку фильтрованием».

Укупоривание производится в чистой, но нестерильной атмосфере, укупорка (пробка) не стерильна. Это ставит под угрозу стерильность укупоренной емкости и готового продукта. В известном способе не предусмотрена стерилизация внутренней свободной поверхности емкости и укупорки (пробки) после розлива и укупоривания емкости.

Фактически, готовая продукция не стерильна.

Способ не гарантирует устойчивость готового продукта при хранении.

5. «Укупорку емкости осуществляют в атмосфере, прошедшей очистку фильтрованием».

Давление в емкости после укупоривания атмосферное, емкость мягкая, «вялая», не имеет товарной привлекательности, создает проблемы при хранении и перевозке в штабелях.

Способ не обеспечивает товарного качества и товарной привлекательности продукции.

Техническая задача изобретения - упрощение способа, увеличение объема водопользования, увеличение срока хранения готового продукта за счет обеспечения стерильности готового продукта, повышение экологичности за счет исключения выбросов в атмосферу кислородно-озоновой смеси, улучшение товарных качеств готового продукта за счет изменения свойств готового продукта.

Готовый продукт получают в результате нескольких процессов - подготовки воды, подготовки емкости и подготовки укупорки (пробки). Стерильности готового продукта способствует обеспечение стерильности воды, емкости и укупорки на всех готового продукта.

Технический результат обеспечивается за счет того, что в СПОСОБЕ ПОЛУЧЕНИЯ БАЙКАЛЬСКОЙ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ, включающем забор воды из озера Байкал из слоя глубинных вод, имеющего верхнюю Zв и нижнюю Zн границы водозабора, ее обработку, стерилизацию, розлив в емкость и укупорку, верхнюю Zв и нижнюю Zн границы слоя определяют отношениями:

Zв/Zоз=0.099,

Zн (м)=1 (м)+0,09 (корень квадратный (Р(л/сек)/V(см/сек))) (м),

Zоз (м) - глубина озера в месте водозабора,

Р - дебит водозабора (л/сек),

V - максимальная скорость оседания взвешенных частиц придонного слоя, допускаемых к водозабору (см/сек).

глубинную воду первоначально стерилизуют УФ-облучением, перед розливом насыщают озоном, в воду для розлива, содержащую озон, вводят сухой лед, а внутренние поверхности укупоренной емкости стерилизуют озоном при их поворачивании на бок или переворачивании, розлив и укупоривание осуществляют под УФ-облучением.

Концентрацию озона в воде доводят до 0.5-2 мг/л.

Емкость после розлива воды с озоном и укупоривания поворачивают на бок, либо переворачивают через 15-25 мин после розлива.

Воду для розлива забирают из озера Байкал с глубин в интервале от Zв до Zн.

Нижний горизонт водозабора Zн не зависит от глубины озера в месте водозабора и определяется дебитом водозабора Р, (максимальным количеством воды, забираемой из озера глубинным водоприемником на розлив и другие нужды), и максимальной скоростью V оседания частиц придонной области, допущенных к водозабору (см. выше).

Это упрощает конструкцию и прокладку водовода и глубинного водоприемника.

Общая толщина слоя водозабора увеличена на расстояния между Zв и Zн.

Это увеличивает объем водопользования.

Для определения глубины нижнего горизонта водозабора Zн. для конкретных величин дебита водозабора Р и скорости оседания частиц V полагаем, что приток воды к глубинному водоприемнику сферически симметричен, т.е. можно рассматривать воображаемую сферу водозабора радиусом R с центром в водоприемнике, на поверхности которой скорость притока воды к поверхности сферы одинакова во всех точках. Полагаем, что водоприемник установлен на расстоянии R от дна в центре воображаемой сферы.

Поток засасываемой водоприемником воды может захватить те частицы придонной массы, скорость оседания которых меньше скорости притока воды к поверхности воображаемой сферы водозабора. Чем больше радиус сферы R, тем выше над дном установлен водоприемник, тем меньше скорость притока воды к воображаемой сфере и тем более мелкие частицы придонной массы могут попасть в сферу и из нее в водоприемник. Внутри воображаемой сферы скорость воды растет по мере приближения к водоприемнику.

Частицы большего диаметра оседают быстрее, и водоприемник не может захватить их.

Задавая максимальный дебит водозабора Рм (м³/сек) и максймальную скорость Vм (м/сек) оседания взвешенных частиц донной массы, допущенных к водозабору, несложно определить радиус Rм (м) сферы водозабора, на поверхности S (м²) которой скорость притока воды Vв (м/сек) к поверхности сферы равна заданной максимальной скорости Vм (м/сек) частиц, допущенных к водозабору, $$Vв=Vм\text{}.\begin{array}{cc}\text{}& \end{array}\left(1\right)$$

Площадь S сферы радиусом Rм равна -	$$S=4\left(Пи\right)\left(Rмквадрат\right)\begin{array}{cc}& \end{array}\left(2\right)$$
Скорость воды у поверхности сферы равна -	$$Vв=Pм\text{}/S=Pм\text{}/4\left(Пи\right)\left(Rмквадрат\right)\begin{array}{cc}& \end{array}\left(3\right)$$
откуда радиус сферы водозабора равен, - где Pм (м3/сек), Vв (м/сек), Rм (м)-	$$\begin{array}{l}Rм=\left(коренькв.\left(Pм\text{}/4\left(Пи\right)Vв\right)\right)=\\ =0.28\left(коренькв.\left(Рм\text{}/Vв\right)\right)\begin{array}{ccc}& & \end{array}\left(4\right)\end{array}$$
Для дебита, выраженного в л/сек	- Pл - дебит водозабора (л/сек.),
и скорости частиц, выраженной в см/сек,	- Vс - максимальная скорость оседания взвешенных частиц донной массы, допущенных к водозабору (см./сек.),
радиус сферы водозабора в метрах составит $$Pм\left({м}^3/сек\right)=1/1000Рл\left(л/сек\right)\begin{array}{cc}& \end{array}\left(5\right)$$ $$Vв\left(м/сек\right)=1/100Vc\left(см/сек\right)\begin{array}{cc}& \end{array}\left(6\right)$$	$$\begin{array}{l}R=0.28\left(коренькв.\left(Рм\text{}/Vв\right)\right)\begin{array}{ccc}& & \end{array}\left(см.4\right)=\\ =0.28\left(коренькв.\left(1/1000Р\text{}л\text{}/1/100Vc\right)\right)=\\ =0.28\left(коренькв.\left(1/10\times Рл\text{}/Vс\right)\right)=\\ =0.28\times 0.32\left(коренькв.\left(Рл\text{}/Vс\right)\right)=\\ =0.09\left(коренькв.\left(Рл\text{}/Vс\right)\right)\left(м\right)\begin{array}{cccc}& & & \end{array}\left(7\right)\end{array}$$
Пример:
Для дебита водозабора 30 л/сек. и скорости оседания частиц донной массы радиус сферы водозабора в метрах равен	$$P=30л\text{}/с\text{}ек=30000с{м}^3/сек,\begin{array}{cc}& \end{array}\left(8\right)$$ $$V=0.01см/сек=100мкм/сек,\begin{array}{cc}& \end{array}\left(9\right)$$ $$\begin{array}{l}R=0.09\left(коренькв.\left(Р\text{}/V\right)\right)=\\ =0.09\left(коренькв.\left(30\text{}//0.01\right)\right)=\\ =0.09\left(коренькв.\left(3000\right)\right)=\\ =0.09\times 55=5.0м\begin{array}{cccc}& & & \end{array}\left(10\right)\end{array}$$

Кварц диаметром около 20 мкм оседает со скоростью $$V=0.01см/сек\begin{array}{cc}& \end{array}\left(см.9\right)\begin{array}{cc}& \end{array}\left(11\right)$$ По закону Стокса, скорость оседания частиц пропорциональна «квадрату» их размера. Частицы кварца в 2 раза большего диаметра (около 40 мкм) оседают в 4 раза быстрее.

Для приведенного выше примера (см.8, 9, 10) параметры водозабора следующие:

Минимальный радиус R сферы водозабора (см.10) R=5.0 м.

Площадь S сферы водозабора радиусом R=5.0 м равна (см.2) 4(Пи)(R квадрат)=4×3.14×(5.0×5.0)=314 м² S=314 м².

Скорость притока воды Vb к сфере водозабора равна (см. 3) Vв=Р/S=30 л/сек /314 м²=30000 см³/сек /3140000 см²=3/314 см/сек=0.01 см/сек. Vв=100 мкм/сек.

Минимальное расстояние нижней границы слоя водозабора до дна (при «нулевом» максимальном дебите водозабора Р=0) составляет Zн=1.0 м, т.к. в слое, толщиной менее 1.0 м, прилежащем к донным отложениям, содержание кислорода в воде понижено.

Для рассмотренного выше примера (Р=30 л/сек, V=0.01 см/сек), расстояние нижней границы слоя водозабора от дна составит $$Zн=\left(1.0+5.0\right)м=6.0м.\begin{array}{ccc}& & \end{array}\left(12\right)$$

Для глубины озера Zoз=410 м расстояние верхней границы слоя водозабора Zв дна составит $$Zв=0.099Zоз=40.6м\text{}.\begin{array}{ccc}& & \end{array}\left(13\right)$$

Слой водозабора увеличен (см.12, 13) на $$Zв-Zн=\left(40.6-6.0\right)м=34.6м.\begin{array}{ccc}& & \end{array}\left(14\right)$$

Водозабор целесообразен с глубины озера более 300 м, т.к. суточные вертикальные миграции и ветровое перемешивание воды в Байкале достигают глубин 200-250 м. В этом слое воды сосредоточено наибольшее количество живых организмов.

После водозабора и водоподъема по глубинному трубопроводу, глубинная Байкальская вода обрабатывается системой фильтров и на конечной стадии очищается от взвеси размером более 0.45 мкм -0.65 мкм фильтром ЭПМ.К-045-А-1000П.

Удаляются взвешенные включения и микроорганизмы.

Глубинную воду первоначально стерилизуют УФ-облучением в проточном УФ-стерилизаторе UV-72 GPM.

Удаляется основная масса биозагрязнений

Для получения стерильно чистого продукта, воду, стерилизованную УФ - облучением, перед розливом насыщают озоном до концентрации озона в воде 0.5-2 мг/л станцией озонирования СОВ-М/16-Ц/800 OZ.

Озон стерилизует воду. Удаляются все биозагрязнения.

Расход озона одноразовый и минимальный.

Это упрощает и удешевляет способ и исключает негативные последствия от выброса значительных количеств озона в воздух.

После насыщения озоном до концентрации 0.5-2 мг/л Байкальская вода сама становится стерилизатором на время более часа.

В воду с озоном после розлива вводят сухой лед.

Сухой лед не имеет запаха и стерилен. Это уменьшает объем биозагрязнений в емкости, упрощает стерилизацию готового продукта и повышает его качество.

От момента ввода сухого льда в воду до укупоривания емкости сухой лед частично возгоняется и вытесняет атмосферу емкости углекислым газом. Это уменьшает объем биозагрязнений в емкости после розлива и упрощает стерилизацию готового продукта.

После укупоривания емкости, остатки введенного в воду сухого льда возгоняются и в виде газа частично растворяются в воде в емкости, частично выходят в свободное от воды пространство емкости, раздувают емкость и придают ей механическую прочность, товарный вид и привлекательность.

В микро количествах углекислый газ придает негазированной воде дополнительные вкусовые качества и улучшает качество готового продукта.

Вода с озоном стерилизует воду с углекислым газом при любой концентрации углекислого газа, значительно увеличивает срок хранения готового продукта и повышает его качество.

Стерилизованная озоном слабо и микро газированная вода - это качественно новый продукт.

Укупорку (пробку) стерилизуют перед укупориванием.

Стерильная укупорка исключает ввод биозагрязнений в воду в емкости после укупоривания повышает стерильность готового продукта и улучшает его качество.

Укупорку облучают УФ-излучением, либо помещают в атмосферу с озоном, либо погружают в воду с озоном, либо в перекись водорода (раствор), либо смачивают капельной фазой перекиси водорода (раствором) - опрыскивают, и перед укупориванием емкости извлекают из стерилизатора под УФ - облучением.

Емкость выдувают, подготавливают к розливу и перемещают к месту розлива непосредственно перед розливом в едином цикле

Операции с емкостью и укупоркой: розлив и укупоривание осуществляют под УФ-облучением.

Излучение стерилизует поверхности емкости, укупорки, оборудования, ограждения линии розлива, стен помещения и его атмосферу и непрерывно воссоздает асептические условия, в которых производится товарный продукт.

Это позволяет исключить внешние биозагрязнения товарного продукта на всех этапах его подготовки и улучшить его качество.

Емкости после розлива воды с озоном и укупоривания помещают в тару и через 15-25 мин после розлива поворачивают в таре на бок, либо переворачивают на такое же и более время.

Емкости в таре размещаются горлышком вверх. После розлива и затаривания вода в емкостях располагается в нижней части емкостей и озон в воде стерилизует внутренние поверхности емкостей в нижней их части. После поворота емкостей в таре на бок, либо переворота емкостей в таре, вода с озоном смачивает и стерилизует внутренние поверхности емкости и укупорки в бывшей верхней части емкости. Стерилизованной озоном оказывается вся внутренняя поверхность емкости. Через сутки озон превращается в кислород и вода в емкости становится стерильным товарным продуктом длительного хранения.

Пример осуществления способа:

На фиг.1 представлена схема водозабора и водоподготовки для розлива Байкальской воды на заводе компании ООО «Байкалика» в п.Сухой ручей Слюдянского р-на Иркутской обл.

На фото показаны здание завода, здание насосной станции, изготовление и заводка глубинного трубопровода на место водозабора.

Насос 1 забирает воду глубинным водоприемником 2 с глубины около 400 м, с расстояния до дна около 10 м из слоя водозабора с границами Zв и Zн, и по глубинному водоводу из непрозрачной полиэтиленовой трубы диаметром 200 мм, толщиной стенки 11.9 мм и длиной около 3100 м подает на обработку.

В блоке очистки 3 Байкальскую воду фильтруют от взвесей, в блоке стерилизации УФ-облучением 4 воду освобождают от основных биологических загрязнений, в озонаторе 5 воду насыщают озоном до концентрации 0.5-2 мг/л, в блоке розлива 6 воду разливают в емкость, вводят сухой лед и укупоривают, все операции производят под УФ-облучением, в блоке стерилизации внутренних поверхностей емкости и укупорки 7 емкость через 15-25 мин после розлива поворачивают на бок или переворачивают на такое же или большее время и получают стерильный продукт, насыщенный озоном.

Через сутки озон превращается в кислород и продукт готов к реализации и к длительному хранению.

1. Способ получения Байкальской питьевой воды, включающий забор воды из озера Байкал из слоя глубинных вод, имеющего верхнюю Zв и нижнюю Zн границы водозабора, ее обработку, стерилизацию, розлив в емкость и укупорку, отличающийся тем, что верхнюю Zв и нижнюю Zн границы слоя определяют отношениями:
Zв/Zoз=0,099,
Zн(м)=1(м)+0,09 (корень квадратный (Р(л/с)/V(см/с))) (м),
где Zoз - глубина озера в месте водозабора, м;
Р - дебит водозабора, л/с;
V - максимальная скорость оседания взвешенных частиц придонного слоя, допускаемых к водозабору, см/с,
глубинную воду первоначально стерилизуют УФ-облучением, перед розливом насыщают озоном, в воду для розлива, содержащую озон, вводят сухой лед, а внутренние поверхности укупоренной емкости стерилизуют озоном при ее поворачивании на бок или переворачивании, розлив и укупоривание осуществляют под УФ-облучением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию озона в воде доводят до 0,5-2 мг/л.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что емкость после розлива воды с озоном и укупоривания поворачивают на бок либо переворачивают через 15-25 мин после розлива.