Способ и устройство для получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия
Владельцы патента RU 2605123:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") (RU)
Изобретение относится к способу получения питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия и устройству для его осуществления. Способ включает охлаждение питьевой воды путем добавления гранул твердого диоксида углерода в соотношении воды к диоксиду углерода 1 : 10, перемешивание в течение 15-20 минут при скорости вращения мешалки 45-50 об/мин, обработку воды электромагнитным полем низких частот в интервале 18-48 Гц в процессе перемешивания, фильтрование через металлокерамический обеспложивающий фильтр с получением жидкой и твердой фаз, сбор жидкой фазы, обедненной дейтерием, нагревание и утилизацию твердой фазы. Изобретение обеспечивает эффективное получение питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия. 1 ил.
Изобретение относится к устройствам и способам получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием в ней дейтерия путем ее изотопного разделения на обедненную и обогащенную дейтерием фракции.
Вода с точки зрения химии является веществом, состоящим из молекул H2O. В природе совершенно чистой воды не бывает, она всегда содержит механические, химические и биологические примеси.
Молекула H2O состоит из двух элементов, каждый из которых представляет собой смесь изотопов. Водород в природе представлен двумя стабильными изотопами:
- протием (обозначение 1Н или Н);
- дейтерием (обозначение 2Н или D).
Естественное содержание изотопов 1Ή и 2Ή в природных объектах составляет 99,985 и 0,015%. Легкая (обогащенная Η или обедненная D) вода обладает высокой биологической активностью. Употребление легкой воды приводит к нормализации углеводного и липидного обмена, коррекции веса, выведению шлаков и токсинов из организма и т.д. Результатами клинических испытаний доказано [Лобышев В.П., Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D20 в биологических системах. - М.: Наука, 1978.], что при употреблении такой воды повышается работоспособность, физическая активность, выносливость и сопротивляемость организма.
Известно, что в легкой воде изменяется скорость протекания химических реакций, сольватация ионов, их подвижность и т.д. Легкая вода оказывает стимулирующее действие на живые системы, существенно повышает их активность, жизнестойкость к различным негативным факторам, репродуктивную деятельность, улучшает и ускоряет обмен веществ. Для сельскохозяйственных культур действие легкой воды проявляется в повышении всхожести и урожайности, для человека - в оздоровительном эффекте. Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений изотопного состава воды. Применение воды с повышенной концентрацией тяжелых изотопов, в частности дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма, ограничивая возможность ее использования в лечебно-профилактических целях [Kushner D.J., Baker F., Dunstall T.G. Can. J. Physiol. Pharmacol, 1999. Feb. 77 (2): 79-88].
Уровень техники получения изотопно-легкой воды представлен рядом патентов на изобретения №2031085, 2091335, 2091336, 2438765, 2438766 и полезные модели №113977, 97994, 106559, 101648 и др.
Известен способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия, включающий электролиз дистиллята в электролизере, осушение полученных электролизных газов, преобразование электролизных газов в воду, последующую конденсацию паров воды и ее минерализацию. Электролиз дистиллята осуществляют с использованием каталитически активных электродов, покрытых с анодной стороны серебряным покрытием, а с катодной - покрытием из никеля Ренея. Полученную на выходе из электролизера смесь водорода и кислорода осушают, затем подают в газодиффузионный разделитель с палладиево-серебряной мембраной. Последующее преобразование разделенных газов в воду осуществляют в водородно-кислородном топливном элементе с ионообменными мембранами. При этом постоянный ток, генерируемый топливным элементом, направляют на вход электролизера (пат. №2182562).
Недостатками описанного способа является повышенная себестоимость получаемого продукта и его низкое качество. Со временем деградация электродов, вызываемая рекристаллизацией электродного покрытия из никеля Ренея, что приводит к уменьшению коэффициента разделения изотопов водорода, увеличению поляризации электродов и, как следствие, к увеличению затрат электроэнергии, которые составляют 80-90% от себестоимости производимого продукта, в несколько раз в течение срока службы, а также к повышенному содержанию дейтерия в получаемой воде.
Известен способ получения воды с пониженным содержанием дейтерия, включающий электролиз дистиллированной воды в электролизере с получением обедненного дейтерием водорода на газодиффузионном водородном катоде электролизера, осушение полученных электролизных газов, подачу осушенных газов в колонну каталитического изотопного обмена для обогащения водорода дейтерием и обеднения им водяного пара, для чего в колонну подается пар из парогенератора, который снабжается дистиллированной водой из питателя, при этом обогащенный дейтерием водород направляется противотоком с водяным паром для дальнейшей ионизации, а обедненный водяным паром водород поступает в конденсатор для конденсации паров воды и дальнейшей минерализации обедненной дейтерием воды (пат. №2438766).
Недостатком данного изобретения является высокая себестоимость продукта и трудоемкость процесса его получения.
Существуют и запатентованы способы разделения тяжелой и легкой воды испарением, а также центрифугированием и заморозкой пара. При этом для удаления тяжелой воды применяют ректификационные установки, но в этих случаях у полученной легкой воды необходимо восстанавливать солевой состав. Бесспорно, что множество растворенных природных химических веществ при этом осаждаются и не попадают в легкую воду. Ясно, что при использовании этих способов нельзя говорить о сохранении природного солевого состава легкой воды, его приходится доводить до уровня утвержденных норм и пригодности к употреблению. Учитывая стоимость ректификационных колонн и необходимого оборудования, затраты на их обслуживание и расходные материалы, необходимость восстановления солевого состава трудно говорить о широком применении этих установок и особенно доступности населению воды, приготовленной в соответствии с этими способами.
Задачей изобретения является упрощение и удешевление способа производства получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия.
Техническим результатом является увеличение степени разделения изотопов водорода за счет обработки воды электромагнитным полем низких частот (ЭМП НЧ) с целью ее структуризации и дальнейшего намораживания воды, насыщенной дейтерием, на гранулах диоксида углерода определенного размера, увеличивающихся в процессе намораживания в 10 раз, с последующим ее фильтрованием, оставшейся незамороженной воды.
Технический результат достигается тем, что способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия, характеризующийся подготовкой питьевой воды, охлаждением путем добавления гранул твердого диоксида углерода в соотношении вода: диоксид углерода 1:10, перемешиванием в течение 15-20 минут при скорости вращения мешалки 45-50 об/мин и обработкой воды электромагнитным поле низких частот в интервале 18-48 Гц в процессе перемешивания, фильтрованием с получением жидкой и твердой фаз, с дальнейшим сбором жидкой фазы, обедненной дейтерием, и нагреванием и утилизацией твердой фазы. При этом фильтрование жидкой фазы осуществляют путем фильтрования через металлокерамический обеспложивающий фильтр.
Предложенный способ может быть реализован с помощью устройства для получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия, включающего бак для смешивания, оснащенный водяной рубашкой и перемешивающим устройством в виде лопастной мешалки с приводом, в верхней части бака установлены для подвода воды через вентильное устройство патрубок для подвода воды, в котором установлен металлокерамический обеспложивающий фильтр, и патрубок для подачи гранулированного диоксида углерода, который сообщен через вентильное устройство с гранулятором диоксида углерода, сообщенным со сборником диоксида углерода, а также источник электромагнитного поля низких частот, при этом в нижней конусообразной части бака выполнен патрубок для отвода обедненной дейтерием воды, в котором установлен металлокерамический обеспложивающий фильтр, сообщенный через вентильное устройство с емкостью для сбора воды, обедненной дейтерием, и патрубок для отвода воды, обогащенной дейтерием.
Подготовка питьевой воды путем добавления гранул твердого диоксида углерода в соотношении вода: диоксид 1:10 с дальнейшим перемешиванием в течение 15-20 минут при скорости вращения мешалки 45-50 об/мин и обработкой молекул воды электромагнитным полем нетепловой интенсивности в интервале 18-48 Гц в течение всего времени перемешивания приводит к конвекции жидкости. Это способствует равномерному намораживанию воды на гранулах твердого диоксида углерода, при этом скорость намораживания повышается в 1,3-1,5 раза. Температура каждой гранулы твердого диоксида углерода минус 78°С, вокруг каждой гранулы мгновенно намораживается лед толщиной 1,5-2,0 мм, и образовавшиеся ледяные шарики всплывают. Таким образом, процесс намораживания лежит в основе фракционного разделения легкой фракции (содержание дейтерия 150 мг/см3) и тяжелой фракции (содержание дейтерия 175 мг/см3) воды. Легкая вода (содержание дейтерия 150 мг/см3) - это сложный по своей структуре и составу легкий изотопный продукт, оказывающий положительное воздействие на организм человека. Изотопный состав воды был изучен методом количественной спектроскопии ЯМР 2Н, 13С и 17O.
Биологическую очистку воды осуществляют фильтрацией через металлокерамический обеспложивающий фильтр.
Способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия реализуют следующим образом.
Подготовленную питьевую воду охлаждают путем добавления гранул твердого диоксида углерода, взятых в соотношении вода: диоксид углерода 1:10 при перемешивании в течение заданного времени при заданной скорости вращения мешалки. При этом в процессе перемешивания осуществляют обработку воды электромагнитным полем низких частот в заданном интервале. После чего полученную массу фильтруют через металлокерамический обеспложивающий фильтр с получением жидкой и твердой фаз. Собирают жидкую фазу, обедненную дейтерием, а полученную твердую фазу нагревают и утилизируют.
В таблице 1 представлены параметры примеров конкретного осуществления предлагаемого способа получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия
Предлагаемый способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия обеспечивает возможность получения технического результата во всем диапазоне представленных значений. Изменение параметров в сторону уменьшения или увеличения значений не позволяет достичь заявленного технического результата.
На фиг. 1 схематически изображено устройство для получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия.
Устройство для получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия содержит бак 15 для смешивания, оснащенный водяной рубашкой и перемешивающим устройством 5, выполненным в виде лопастной мешалки 4 с приводом 10, в верхней части бака установлены для подвода воды через вентиль 7 патрубок 6 для подвода воды, в котором установлен металлокерамический обеспложивающий фильтр 8, и патрубок 11 для подачи гранулированного диоксида углерода, который сообщен через вентильное устройство 12 с гранулятором 14 диоксида углерода, сообщенным со сборником 13 для диоксида углерода, а также источник электромагнитного поля низких частот 9, при этом в нижней конусообразной части бака 15 выполнен патрубок 16 для отвода обедненной дейтерием жидкой фазы, в котором установлен металлокерамический обеспложивающий фильтр 3, сообщенный через вентильное устройство 2 с емкостью 1 для сбора жидкой фазы, обедненной дейтерием, и патрубок 17 для отвода фракции, обогащенной дейтерием (тяжелой водой).
Работа устройства для получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия реализуется следующим образом. В бак 15 для смешивания с помощью вентильного устройства 7 через патрубок 6 для подвода воды, в котором установлен металлокерамический обеспложивающий фильтр 8, подают отмеренное количество воды для очистки. После чего из сборника 13 для диоксида углерода через гранулятор 14 посредством вентильного устройства 12 через патрубок 11 для подачи гранулированного диоксида углерода в бак 15 поступает гранулированный диоксид углерода в соотношении вода: диоксид углерода как 1:10. После чего включают перемешивающее устройство 5, выполненное в виде лопастной мешалки 4 с приводом 10.
Продолжительность перемешивания составляет 15-20 минут при скорости вращения мешалки 45-50 об/мин. Одновременно с перемешивающим устройством включают источник электромагнитного поля низких частот 9 и на весь период перемешивания смесь воды с диоксидом углерода подвергают обработке электромагнитным полем низких частот в интервале 18-48 Гц. По окончании работы лопастной мешалки 4 источник электромагнитного поля низких частот 9 отключают и через расположенный в нижней части бака 15 патрубок 16 для отвода обедненной дейтерием жидкой фазы, в котором установлен металлокерамический обеспложивающий фильтр 3, с помощью вентильного устройства 2 осуществляют сбор жидкой фазы, обедненной дейтерием, в емкость 1 для сбора жидкой фазы, обедненной дейтерием.
А твердую (ледяную, обогащенную дейтерием) фракцию, оставшуюся в баке 15, подвергают нагреванию до перехода в жидкую фазу, для чего в водяную рубашку бака 15 подают горячую воду. Затем полученную жидкую фазу, обогащенную дейтерием, утилизируют через патрубок 17.
Таким образом, предлагаемый способ и устройство получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия более эффективен, чем прототип, т.к. позволяет получить более качественный продукт, при этом существенно упростить и удешевить способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия.
1. Способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия, характеризующийся подготовкой питьевой воды, охлаждением путем добавления гранул твердого диоксида углерода в соотношении вода : диоксид углерода 1:10, перемешиванием в течение 15-20 минут при скорости вращения мешалки 45-50 об/мин и обработкой воды электромагнитным полем низких частот в интервале 18-48 Гц в процессе перемешивания, фильтрованием с получением жидкой и твердой фаз с дальнейшим сбором жидкой фазы, обедненной дейтерием, и нагреванием и утилизацией твердой фазы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фильтрование жидкой фазы осуществляют путем фильтрования через металлокерамический обеспложивающий фильтр.
3. Устройство для получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия, включающее бак для смешивания, оснащенный водяной рубашкой и перемешивающим устройством в виде лопастной мешалки с приводом, в верхней части бака установлены для подвода воды через вентильное устройство патрубок для подвода воды, в котором установлен металлокерамический обеспложивающий фильтр, и патрубок для подачи гранулированного диоксида углерода, который сообщен через вентильное устройство с гранулятором диоксида углерода, сообщенным со сборником диоксида углерода, а также источник электромагнитного поля низких частот, при этом в нижней конусообразной части бака выполнен патрубок для отвода обедненной дейтерием воды, в котором установлен металлокерамический обеспложивающий фильтр, сообщенный через вентильное устройство с емкостью для сбора воды, обедненной дейтерием, и патрубок для отвода воды, обогащенной дейтерием.
