Способ регенерации воды из мочи

Изобретение относится к медицинской биотехнологии и может быть использовано в системах водообеспечения длительно функционирующих автономных гермозамкнутых космических и наземных обитаемых объектов. Для регенерации воды мочу собирают и консервируют, добавляя водный раствор ортофосфорной кислоты (Н3РО4), содержащий окисляющие агенты до рН от 3 до 5. Консервантом являются водные растворы, содержащие 44,3%, Н3РО4 и 11% окиси хрома (СrО3), или водный раствор, содержащий 37% Н3РО4 и 13% бихромата калия (К2Сr2О7), или 37,5% Н3РО4 и 2,5% калия марганцовокислого (КМnО4). Далее проводят очистку полученной смеси путем помещения ее в поток воздуха низкотемпературного испарителя при температуре +60°С и сбора целевого продукта в виде конденсата. Полученный таким образом дистиллят соответствует нормативам ГОСТ-50804-95 на питьевую воду. Изобретение обеспечивает повышение качества очистки воды, регенерированной из мочи при снижении количества используемых реагентов. 7 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к медицине и биологии и может быть использовано в системах водообеспечения длительно функционирующих автономных гермозамкнутых космических и наземных обитаемых объектов.

В авторской заявке (Япония, №58-23156. кл. СO2 F 1/42, 1/2811 Boi J 47/02, 1983) очистку воды осуществляли путем ее пропускания через колонку с катионитом, анионитом и активированным углем. Однако и этот способ не обеспечивает необходимую очистку получаемого конденсата.

Процессы ионного обмена, реализуемые на неподвижных слоях сорбентов, являются периодическими из-за исчерпания обменной емкости ионообменных смол, активированных углей, что требует их замены или регенерации.

Сорбционный метод не обеспечивает необходимого качества получаемого конденсата, который обычно содержит органические и неорганические соединения.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ регенерации воды из мочи, заключающийся в понижении активной реакции мочи с помощью серной кислоты и добавления химических реагентов, затем из консервированной мочи получают конденсат (дистиллят), который очищают на колонках с ионообменными смолами и активированным углем (Putam D.F., Tomas Е.Е. Recovery of potable water from huma urina. Aerospace Med. 1969, v. 40 p. 736).

По своей технической сущности указанный способ более близок к предлагаемому и поэтому взят в качестве прототипа.

Недостатком известного способа является то, что консервант мочи на основе ядовитой серной кислоты в межпланетных длительных экспедициях, особенно в больших количествах, опасен для членов экипажа, а также известный способ имеет ограниченный ресурс поглотительной способности колонок с катионитом, анионитом и активированным углем для дополнительной очистки дистиллята. Кроме того, узел доочистки дистиллята в системе регенерации воды увеличивает ее массу, а следовательно, и стартовый вес корабля, что особенно важно при межпланетных экспедициях. Предлагаемая нами для использования в качестве компонента консерванта ортофосфорная кислота Н3РО4 нетоксична, она является неорганической кислотой средней силы и применяется в медицине и пищевой промышленности (разрешена как пищевая добавка).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение химической опасности для членов экипажа, снижение веса используемых реагентов, а также повышение качества воды, регенерированной из мочи, что проявляется в более эффективном удалении из получаемого конденсата суммарного органического углерода и азота аммиака, полученный дистиллят не превышает нормативов ГОСТ-50804-95 на питьевую воду.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе регенерации воды из мочи путем сбора ее, консервации с помощью добавления к свежесобранной моче консерванта в виде окисляющих агентов и последующей физико-химической очистки полученной смеси, при консервации мочи окисляющие агенты добавляют к моче до рН смеси от 3 до 5 единиц, при этом в качестве окисляющих агентов добавляют или раствор, содержащий 44,3% ортофосфорной кислоты (Н3РО4) и 11% окиси хрома (СrО3), или водный раствор, содержащий 37% ортофосфорной кислоты, 13% бихромата калия (К2Сr2О7), или водный раствор, содержащий 37,5% ортофосфорной кислоты и 2,5% калия марганцовокислого (КМnО4), а очистку полученной смеси осуществляют путем помещения ее в поток циркулирующего воздуха низкотемпературного испарителя при температуре +60°С и сбора целевого продукта в виде конденсата.

Способ осуществляют следующим образом.

- Готовят 3 раствора консервантов на основе ортофосфорной кислоты с различными окислителями:

- Раствор, содержащий 44,3%, ортофосфорной кислоты (Н3РО4), 11% окиси хрома (СrO3), 44,7% дистиллированной воды;

- Раствор, содержащий 37% ортофосфорной кислоты, 13% бихромата калия (К2Сr2О7), 50% дистиллированной воды;

- Раствор, содержащий 37,5% ортофосфорной кислоты и 2,5% калия марганцовокислого (КМnО4), 60% дистиллированной воды.

Растворы хранят в трех разных кислотоустойчивых емкостях.

- Собирают мочу в отдельную емкость - мочесборник, при котором находятся электроды рН-метра для определения рН-мочи. Система приема и консервации мочи (СПК-У) предназначена для предварительной химической обработки (консервации) мочи, поступающей в СРВ-У (система регенерации воды из мочи). По окончании подачи мочи производится слив мочи в емкость с исходным продуктом, затем производится промывка приемного тракта смесью сливной воды и консерванта, забираемого из емкости с консервантом.

- К одному объему этой собранной мочи добавляют один из 3-х растворов консервантов до рН от 3 до 5 единиц. Перемешивают.

- Полученную смесь - консервированную мочу - помещают в поток циркулирующего воздуха низкотемпературного испарителя при температуре +60.

- Выделяющийся конденсат собирают. Этот конденсат является целевым продуктом, т.е. чистым дистиллятом воды.

- Оставшаяся после конденсации суспензия складируется отдельно.

- Конденсат анализируют на наличие химических примесей.

- Этот конденсат не требует дополнительной сорбционной очистки - ГОСТ-50804-95 на питьевую воду.

Приготовление раствора консервантов, содержащего 44,3%, ортофосфорной кислоты и 11% окиси хрома (СrО3)

Удельный вес ортофосфорной кислоты (Н3РО4) равен 1,87 (1 мл весит 1,87 г), следовательно, 44,3 г займет объем 44,3:1,87=23,7. 11 г окиси хрома растворяют в 44,7 мл дистиллированной воды, затем по каплям добавляют концентрированную ортофосфорную кислоту в количестве 23,7 мл, встряхивая и следя, чтобы не было перегрева.

Приготовление раствора консервантов, содержащего 37% ортофосфорной кислоты и 13% бихромата калия (К2Сr2О7)

Ортофосфорная кислота в данном случае занимает объем 37:1,87=19,8 мл. 13 г бихромата калия растворяем в 50 мл дистиллированной воды, затем по каплям добавляют концентрированную ортофосфорную кислоту в количестве 19,8 мл, встряхивая и следя, чтобы не было перегрева.

Приготовление раствора консервантов, содержащего 37,5% ортофосфорной кислоты и 2,5% калия марганцовокислого

Ортофосфорная кислота в данном случае занимает объем 37,5:1,87=20 мл. 2,5 г бихромата калия растворяют в 60 мл дистиллированной воды, затем по каплям добавляют концентрированную ортофосфорную кислоту в количестве 20 мл, встряхивая и следя, чтобы не было перегрева.

Растворы хранят в трех кислотоустойчивых емкостях.

Пример осуществления способа

К собранной моче в количестве 1 л добавляли 8,20 мл водного раствора, содержащего 44,3% ортофосфорной кислоты и 11% окиси хрома, или 6,33 мл водного раствора, содержащего 37% ортофосфорной кислоты и 13% бихромата калия, или 8,35 мл водного раствора, содержащего 37,5% ортофосфорной кислоты и 2,5% калия марганцовокислого. Перемешивали и встряхивали.

Полученную смесь - консервированную мочу - помещали в поток циркулирующего воздуха низкотемпературного испарителя при температуре +60.

Выделившийся конденсат в количестве 85% от собранной мочи собрали и подвергли лабораторному исследованию.

Методы анализа дистиллята

1. Общая жесткость - комплексонометрический метод определения Са, Mg.

2. Определение сульфатов - осаждение в кислой среде ионов SO42- хлористым барием.

3. Определение хлоридов - осаждение Сl- иона в нейтральной или слабощелочной среде азотнокислым серебром, индикатор - хромовокислый калий.

4. Азот аммиака - определение на основе реактива Несслера.

5. Нитриты - фотоколориметрическим методом - 520 нм.

6. Нитраты фотоколориметрическим методом при длине волны 480 нм.

7. Содержание органического и неорганического углерода - на основе анализатора общего содержания углерода «Slevers-900» с использованием химического окислителя персульфата аммония и ультрафиолетовой радиации.

8. Определение рН - рН-метр «Эксперт рН».

9. Микробная, грибковая, дрожжевая обсемененность - подсчет колоний на чашках Петри.

Характеристики дистиллята, получаемого из мочи с консервантом на основе ортофосфорной кислоты и с различными окислителями качества

Важнейшими характеристиками получаемого дистиллята являются - бихроматная окисляемость и содержание азота аммиака.

Бихроматная окисляемость позволяет суммарно на 90-95% оценить содержание в дистилляте органических примесей.

Норматив воды питьевых кондиций по ГОСТ-50804-95 на органический углерод - 25 мг/дм3, а азот аммиака - 2.0 мг/дм3.

Для сравнения качества дистиллята, полученного с использованием консерванта на основе ортофосфорной кислоты и с различными окислителями, а также с консервантом Putnam.D.F. с серной кислотой и окисью хрома. В качестве окислителей с ортофосфорной кислотой использовали СrО3, КМnО4, K2Cr2O7.

Результаты исследования отражены в таблицах №4-№7. Дополнительно проводили исследования по влиянию рН консерванта без окислителя (таблицы №1-№3).

В Таблице 1 представлены сроки начала роста различных видов микрофлоры в зависимости от величины активной реакции - рН мочи, создаваемой ортофосфорной кислотой с рН -5, 4, 3, 2, 1 ед. Целесообразно иметь для получения воды из мочи рН=3 ед., т.к. бактерии, дрожжи, микроскопические грибы не растут около 3-х месяцев; рН=4 ед. - рост дрожжей на 10 сутки, рН=5 ед. бактерии - 1 сутки.

В Таблице 2 приводится характеристика дистиллята, полученного из 10-суточной мочи без использования консерванта. Содержание органического углерода 181±5,41 мг/дм3, содержание азота аммиака 234±23,4 мг/дм3.

В Таблице 3 - ортофосфорная кислота без окислителя. рН мочи - 3 ед. Содержание органического углерода 6,37±0,1 мг/дм3, а норматив 25 мг/дм3. Содержание азота аммиака 0,9±0,03 мг/дм3, а норматив 2 мг/дм3.

В Таблице 4 - ортофосфорная кислота с окислителем СrО3, рН мочи - 3 ед. Содержание органического углерода 18,6±0,55 мг/дм3, а норматив 25 мг/дм3. Содержание азота аммиака 0,49±0,053 мг/дм3, а норматив 2 мг/дм3.

В Таблице 5 - серная кислота, окислитель - окись хрома, рН мочи - 3 ед. Содержание органического углерода 16,4±0,49 мг/дм3, а норматив 25 мг/дм3. Содержание азота аммиака 0,7±0,08 мг/дм3, а норматив 2 мг/дм3.

В Таблице 6 - ортофосфорная кислота, окислитель марганцовокислый калий, рН мочи - 3 ед. Содержание органического углерода 3,08±0,09 мг/дм3, а норматив 25 мг/дм3. Содержание азота аммиака 0,35±0,07 мг/дм3, а норматив 2 мг/дм3.

В Таблице 7 - ортофосфорная кислота, окислитель - бихромат калия, рН мочи - 3 ед. Содержание органического углерода 1,72 мг/дм3, а норматив 25 мг/дм3. Содержание азота аммиака 0,18 мг/дм3, а норматив 2 мг/дм3.

Консервант создает кислую реакцию мочи, которая подавляет рост и развитие бактерий. Однако при этом создаются более благоприятные условия для развития в моче дрожжей и микроскопических грибов. В связи с этим исследовали влияние различных значений рН мочи на состав микрофлоры при использовании ортофосфорной кислоты в качестве консерванта. Собранную мочу от разных доноров обрабатывали консервантом, создавая величину рН в диапазоне от 1 ед. до 5 ед. и оставляли на хранение в колбах под ватными пробками. Исходная обсемененность свежей мочи в среднем составляла 5×105 микр. тел/мл.

К 15 суткам хранения необработанной мочи общее количество достигло 1,8×107 микр. тел/мл. Среди них бактерии родов - Pseudomonas, Micrococcus, Escherichia, Arthrobacter, Streptococcus.

Внесение консерванта в мочу - рН=4 ед. приостанавливает в ней рост бактерий со сроком до одного месяца; при рН=3 ед. рост бактерий в моче отсутствует в течение 3-х месяцев, при рН=2 ед. - 6 месяцев, с рН=1 ед. - до 1 года.

Подкисление мочи способствует росту плесневых грибков Penicillium glaucum, Aspergillus niger. Грибки при рН мочи - 3 ед. не растут в течение 90 суток хранения; при рН=2 ед. рост отсутствует 270 суток, с рН=1 ед. - роста нет (Таблица 1).

Однако бихроматная окисляемость воды минимальна при величине рН исходной мочи от 3 до 5 единиц. При рН=2 и рН=1 бихроматная окисляемость полученной воды превышает величину окисляемости воды из необработанной консервантами мочи.

На основании полученных экспериментальных данных целесообразно иметь исходную мочу с активной реакцией рН=3 ед., т.к. при такой кислотности нет роста у бактерий, дрожжей, микроскопических грибов в течение 90 суток, а при рН=4 ед. - рост дрожжей - на 10 сутки, а микроскопических грибов - рост на 30 сутки; при рН=5 ед. - рост бактерий на первые сутки.

Способ регенерации воды из мочи путем сбора мочи, консервации ее с помощью добавления к свежесобранной моче консерванта, содержащего окисляющие агенты с последующей физико-химической очисткой полученной смеси, отличающийся тем, что в качестве консерванта к моче добавляют водный раствор ортофосфорной кислоты (H3PO4), содержащий окисляющие агенты до рН от 3 до 5, причем консервантом являются водные растворы следующего состава: 44,3% H3PO4 и 11% окиси хрома (CrO3), или 37% H3PO4 и 13% бихромата калия (K2Cr2O7), или 37,5% H3PO4 и 2,5% калия марганцовокислого (KMnO4); очистку содержащей консервант мочи осуществляют путем помещения полученной смеси в поток воздуха низкотемпературного испарителя при температуре +60оС и сбора целевого продукта в виде конденсата.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к медицине, а именно к профболезням, и может быть использовано для предотвращения заболевания шахтера антракосиликозом. Для этого в забое проводят отбор углепородных проб по сечению забоя бороздами, измеряют запыленность рудничного воздуха во время работы горной машины по разрушению углепородного массива, дополнительно отбирают пробы воздуха в рабочей зоне машины и устанавливают в нем дисперсный состав кремниевой пыли, при этом опасность заболевания шахтера антракосиликозом устанавливают по стажу работы в запыленном кремниевыми частицами воздухе и количеству поглощенной его легкими опасной для здоровья тонкодисперсной кремниевой пыли.
Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и предназначено для прогнозирования безопасности хирургических вмешательств в отношении прогрессирования аниридийной кератопатии (АК) у пациентов с врожденной аниридией в зависимости от молекулярных механизмов повреждения гена РАХ6.

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано при оптимизации процессов, связанных с производством живых сухих вакцин, содержащих остаточную влажность.

Изобретение относится к биохимии, а именно к использованию готового субстратного раствора для иммуноферментного анализа. Для этого используют стабильный водный раствор 3,3',5,5'-тетраметилбензидина гидрохлорида и пероксида.

Изобретение относится к биологии, экологии, сельскому хозяйству, в частности к исследованиям биоматериалов и учету животных при изучении миграционной активности. Способ детекции системной родаминовой метки в мелких млекопитающих включает использование кормовых приманок с препаратом родамин B в количестве от 0,05 до 0,10 мас.% и выявление флуоресцирующей метки родамина B путем облучения мелких млекопитающих лучом портативного зеленого лазера с длиной волны 532±20 нм.

Изобретение относится к биологии, экологии, сельскому хозяйству, в частности к исследованиям биоматериалов и учету животных при изучении миграционной активности. Способ детекции системной родаминовой метки в мелких млекопитающих включает использование кормовых приманок с препаратом родамин B в количестве от 0,05 до 0,10 мас.% и выявление флуоресцирующей метки родамина B путем облучения мелких млекопитающих лучом портативного зеленого лазера с длиной волны 532±20 нм.
Изобретение относится к области медицины. Предложен способ неинвазивной диагностики состояния и организации внутриклеточного хроматина в GV-ооците млекопитающих.
Изобретение относится к биомедицине и может быть использовано для определения цитотоксичности веществ путем обработки клетки веществом с последующим определением токсичности вещества по изменению уровня внутриклеточных активных форм кислорода.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано при определении содержания свободной абсцизовой кислоты в вегетативных органах растений. Для этого проводят экстракцию свободной абсцизовой кислоты из биологического материала с использованием диэтилового эфира, упариванием эфирного экстракта досуха и последующим разстворением остатка в 60%-ном водном растворе ацетона.

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использовано для определения эффективности жевательного процесса. Для этого проводят исследования образца, представляющего собой частицы пищевого продукта размером менее 1 мм, которые получают с помощью мокрого просеивания через сито с размером ячеек менее 1 мм.

Изобретение относится к области медицины и молекулярной биологии, а именно к фтизиатрии, и может быть использовано в лабораторной диагностике туберкулеза легких. Способ выделения ДНК клинических изолятов Mycobacterium tuberculosis из ткани легкого заключается в добавлении к образцу ткани легкого, находящемуся в пробирке, содержащей стеклянные шарики, деконтаминирующего лизирующего буфера состава 5 М GuSCN, 100 мМ TRIS HCl рН 8.0, 10 мМ EDTA рН 8.0, 100 мМ NaCl, 0,5% SDS, с последующими центрифугированием и осаждением спиртом.

Изобретение относится к медицине, в частности к гигиене труда, профпатологии и иммунологии. Определяют концентрации IgE, IgA, IgM, IgG в сыворотке крови, фагоцитарную активность лейкоцитов, проводят спонтанный и стимулированный варианты НСТ теста.
Изобретение относится к медицине и может быть использовано для сбора и первичного посева жидкости назального лаважа пациентов с муковисцидозом для проведения микробиологического исследования.

Биосенсор // 2658557
Изобретение может быть использовано для осуществления анализа образца, неинвазивно отобранного из человеческого организма. Биосенсор согласно изобретению содержит вещество-идентификатор, которое связывается с детектируемым веществом, электрод, заряженный зарядом вещества-идентификатора, биосенсор также содержит ингибитор, который подавляет присоединение недетектируемого вещества к по меньшей мере одному из вещества-идентификатора и электрода; причем вещество-идентификатор контактирует с электродом; ингибитор получен из полимерного соединения, содержащего более длинную молекулярную цепь, чем вещество-идентификатор; а на поверхности электрода образуется самособирающийся монослой из вещества-идентификатора и ингибитора; и биосенсор способен детектировать изменение плотности заряда электрода, вызванное связыванием детектируемого вещества с веществом-идентификатором.

Изобретение относится к медицине и экологии. В биосредах человека определяют содержание йода, цинка, никеля, марганца, хрома и свинца.

Изобретение относится к области медицины, в частности онкологии, и раскрывает способ оценки риска рецидивирования рака яичников у пациентов после окончания комбинированной терапии.

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано для прогнозирования риска развития фибрилляции предсердий у женщин с ишемической болезнью сердца.

Изобретение относится к области медицины и представляет собой способ оценки вероятности исходов безэритемной формы иксодового клещевого боррелиоза и сочетанного течения боррелиозно-энцефалитной инфекции, включающий определение значений лабораторных показателей пациента: в остром периоде заболевания в сроки 10-14 дней от начала заболевания – IgM и IgG, в период реконвалесценции в сроки 21-25 дней от начала заболевания – ИЛ-8; отличающийся тем, что оценивают значения лабораторных показателей пациента в баллах: IgM при значении >2,38 г/л – 7 баллов, IgG при значении <4,79 г/л – 32 балла, ИЛ-8 при значении >84,96 пг/л – 12 баллов; иные значения показателей оцениваю как 0 баллов; подсчитывают сумму баллов; при сумме >16 баллов оценивают вероятность развития хронического течения инфекционных заболеваний равной 77,24+0,14%; при сумме ≤16 баллов оценивают вероятность выздоровления равной 85,51+0,04%.

Изобретение относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и может быть использовано для подготовки эритроцитов при проведении метода флуоресцентной in situ гибридизации (FISH).
Изобретение относится к иммунологии, вирусологии, биотехнологии и лабораторной диагностике в медицине и может быть использовано для диагностики параметров врожденного иммунитета и при различных заболеваниях инфекционной (вирусной, бактериальной, грибковой) и неинфекционной (аллергической, аутоиммунной, онкологической) этиологии.

Группа изобретений относится к обнаружению и мониторингу газов и паров в окружающем воздухе. Представлен сенсорный блок для обнаружения газа, снабженный герметичным измерительным каналом, газовым входом для ввода газа в измерительный канал, газовым выходом для вывода газа из измерительного канала и насосным блоком для создания разрежения в измерительном канале, при этом измерительный канал включает в себя датчик газа для обнаружения газа и нагревательный блок для нагревания датчика газа, при этом сенсорный блок выполнен с возможностью эксплуатации в измерительном режиме и в режиме регенерации, и при этом в режиме регенерации в измерительном канале создается разрежение и нагревается датчик газа.

Изобретение относится к медицинской биотехнологии и может быть использовано в системах водообеспечения длительно функционирующих автономных гермозамкнутых космических и наземных обитаемых объектов. Для регенерации воды мочу собирают и консервируют, добавляя водный раствор ортофосфорной кислоты, содержащий окисляющие агенты до рН от 3 до 5. Консервантом являются водные растворы, содержащие 44,3, Н3РО4 и 11 окиси хрома, или водный раствор, содержащий 37 Н3РО4 и 13 бихромата калия, или 37,5 Н3РО4 и 2,5 калия марганцовокислого. Далее проводят очистку полученной смеси путем помещения ее в поток воздуха низкотемпературного испарителя при температуре +60°С и сбора целевого продукта в виде конденсата. Полученный таким образом дистиллят соответствует нормативам ГОСТ-50804-95 на питьевую воду. Изобретение обеспечивает повышение качества очистки воды, регенерированной из мочи при снижении количества используемых реагентов. 7 табл., 1 пр.

Наверх