Спосіб одержання питної й оздоровлюючої води і пристрій для його здійснення

Реферат: Винахід належить до галузі обробки води й водяних розчинів електрохімічним методом і може бути використаний для одержання питної води високої якості як у побуті, так й у промисловості, а також для одержання води, що має оздоровлюючі властивості. Задача винаходу - підвищення якості й ефективності обробки води, а також зниження споживаної електричної енергії. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі одержання питної й лікувальної води, що здійснює вплив на воду пульсуючим електричним струмом, що подається на електроди в діафрагмовому електролізері з анодними й катодними камерами, у яких обробка води виконується до досягнення температури в катодних камерах у межах 3060 °C, за даним винаходом, частоту пульсацій електричного струму вибирають обернено пропорційно солевмісту води, що обробляється. Пропонований спосіб реалізований у пристрої, що містить корпус діафрагмового електролізера з анодною й двома катодними камерами, у які наливається вода, з розміщеними у камерах електродами: анодом й двома катодами, які з'єднані з першим, другим й третім виходами джерела пульсуючого струму, перший й другий входи якого підключені до мережі змінного струму, датчик температури, вхід якого зв'язаний з водою в електролізері, а вихід з'єднаний з першим входом першого блока керування, за даним винаходом він додатково містить датчик електропровідності води, своїм входом підключений до шостого виходу джерела пульсуючого струму, а до четвертого та п'ятого виходів останнього підключені перший та другий входи блока живлення, причому другий вхід першого блока керування та перші входи блока сигналізації, другого блока керування та підсилювача об'єднані поміж собою й підключені до виходу блока живлення, а перші виходи першого й другого блоків керування з'єднані відповідно з другим та третім входами блока сигналізації, крім того, другі виходи першого та другого блоків керування підключені відповідно до першого та другого оптронів, які відповідно зв'язані з першим та другим оптичними входами джерела пульсуючого струму, крім цього, вихід підсилювача з'єднаний з другим входом другого блока керування, а UA 100274 C2 (12) UA 100274 C2 вхід підсилювача підключений до виходу датчика електропровідності води. Крім того, електроди в анодних і катодних камерах розташовують під кутом від 90 до 180° один до одного, причому анод виконують з матеріалу, що містить карбід кремнію й набір мікроелементів у наступних -4 -4 -6 -5 концентраціях (у вагових %): цинк від 1,1·10 до 2,2·10 , срібло від 2,2·10 до 1,1·10 , залізо -5 -5 -3 -3 -6 -5 від 1,1·10 до 2,2·10 , калій від 2,2·10 до 3,4·10 , кобальт від 4,5·10 до 1,1·10 , мідь від -5 -4 -3 -3 4,5·10 до 1,1·10 , магній від 3,4·10 до 4,5·10 . UA 100274 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі обробки води й водяних розчинів електрохімічним методом і може бути використаний для одержання питної води високої якості як у побуті, так й у промисловості, а також для одержання води, що має оздоровлюючі властивості. Відомий спосіб одержання питної й лікувальної води, що здійснює вплив на воду постійним електричним струмом, що подається на електроди в діафрагмовому електролізері, що містить анодну й катодну камери [див. Егоров Е.И. "Японці давно п'ють" журнал "Винахідник і раціоналізатор" № 10 1991 стор. 18-19]. Недоліком відомого способу є неможливість одержання стабільних значень водневого показника рН в анодній і катодній камерах, і як наслідок, неможливість одержання води високої якості. Відомий спосіб зм'якшення природної води шляхом обробки її в катодній камері діафрагмового електролізера до значень показника (рН) у межах 12-13,5 й окислювальновідновного потенціалу (ОВП) у межах мінус 800 - мінус 960 мВ з подачею у катодний простір 6 вуглекислого газу й наступним відстоюванням [див. Авт. Свід. SU № 1101419, Кл. C02F1/46, Бюл. № 25, 1984 p.]. Відомий спосіб підвищує якість обробки води, однак, при обробці води з високим солевмістом витрачається багато електричної енергії, крім того, додатково витрачаються хімічні реагенти. Відомий також, спосіб фізико-хімічного очищення води за допомогою електродів, які розташовані в корпусі з водою, а на них подають пульсуючу імпульсну напругу, потім воду відстоюють, віддаляють осад й фільтрують [див. патент RU 2114066 С1, МПК C02F1/463 від 27.06.1998 р.]. Недоліком відомого способу є неможливість одержання аноліту та католіту, які мають оздоровлюючі властивості, низька якість питної води й великі витрати електричної енергії. Найбільш близьким аналогом по технічній суті і результату, що досягається, є спосіб одержання питної й лікувальної води, що здійснює вплив на воду електричним струмом, що подається на електроди діафрагмового електролізера з анодною й катодною камерами, у яких обробку води виконують до досягнення температури в катодній камері у межах 30-60 °C [див. 6 патент України № 49551; Кл. C02F1/46; Бюл. № 9, 2002 р.]. Отримана за відомим способом вода має більш стабільні показники, однак при обробці води з підвищеним солевмістом, процес зростання температури в камерах електролізера протікає так швидко, що показники води не встигають досягти необхідних значень потрібних для питної води високої якості, а також води, що має достатні оздоровлюючі властивості. Причиною тому підвищені значення електричного струму, через високий солевміст води, що приводить до великих витрат електричної енергії. Задачею даного винаходу є підвищення якості й ефективності обробки води, а також зниження витрат електричної енергії. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі одержання питної й лікувальної води, що здійснює вплив на воду пульсуючим електричним струмом, що подається на електроди в діафрагмовому електролізері з анодною й катодною камерами, у яких обробка води виконується до досягнення температури в катодній камері у межах 30-60 °C, за даним винаходом, частоту пульсацій електричного струму при обробці води в електролізері вибирають обернено пропорційно солевмісту води, що обробляється. Пропонований спосіб здійснюють у пристрої, що містить, корпус діафрагмового електролізера з анодною й двома катодними камерами, у які наливається вода, з розміщеними у камерах електродами: анодом й двома катодами, які з'єднані з першим, другим й третім виходами джерела пульсуючого струму, перший й другий входи якого підключені до мережі змінного струму, датчик температури, вхід якого зв'язаний з водою в електролізері, а вихід з'єднаний з першим входом першого блока керування, за даним винаходом, він додатково містить датчик електропровідності води, своїм входом підключений до шостого виходу джерела пульсуючого струму, а до четвертого та п'ятого виходів останнього підключені перший та другий входи блока живлення, причому другий вхід першого блока керування та перші входи блока сигналізації, другого блока керування та підсилювача об'єднані поміж собою й підключені до виходу блока живлення, а перші виходи першого й другого блоків керування з'єднані відповідно з другим та третім входами блока сигналізації, крім того, другі виходи першого та другого блоків керування підключені відповідно до першого та другого оптронів, які відповідно зв'язані з першим та другим оптичними входами джерела пульсуючого струму, крім цього, вихід підсилювача з'єднаний з другим входом другого блока керування, а вхід підсилювача підключений до виходу датчика електропровідності води. 1 UA 100274 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При цьому електроди в анодних і катодних камерах розташовують під кутом від 90 до 180° один до одного. Крім того, аноди виконують із матеріалу, що містить карбід кремнію й набір мікроелементів у -4 -4 -6 наступних концентраціях (у вагових %): цинк від 1,1·10 до 2,2·10 , срібло від 2,2·10 до -5 -5 -5 -3 -3 -6 1,1·10 , залізо від 1,1·10 до 2,2·10 , калій від 2,2·10 до 3,4·10 , кобальт від 4,5·10 до 1,1·10 5 -5 -4 -3 -3 , мідь від 4,5·10 до 1,1·10 , магній від 3,4·10 до 4,5·10 . На кресленні схематично представлений пристрій, що реалізує пропонований спосіб. Пристрій містить: корпус діафрагмового електролізера 1 з анодною й 2 й двома катодними 3 камерами, у які наливається вода, з розміщеними у камерах електродами: анодом 4 й двома катодами 5, які з'єднані з першим, другим й третім виходами джерела пульсуючого струму 6, перший й другий входи якого підключені до мережі змінного струму, датчик температури 7, вхід якого зв'язаний з водою в електролізері, а вихід з'єднаний з першим входом першого блока керування 8, причому другий вхід першого блока керування 8 та перші входи блока сигналізації 9, другого блоку керування 10 та підсилювача 11 об'єднані проміж собою й підключені до виходу блока живлення 12, а перші виходи першого 8 й другого 10 блоків керування з'єднані відповідно з другим та третім входами блока сигналізації 9, крім того, другі виходи першого 8 та другого 10 блоків керування підключені відповідно до першого 14 та другого 15 оптронів, яки відповідно зв'язані з першим та другим оптичними входами джерела пульсуючого струму 6, а вихід підсилювача 11 з'єднаний з другим входом другого блока керування 10, а вхід підсилювача 11 підключений до виходу датчика 13 електропровідності води, вхід якого з'єднаний з шостим виходом джерела пульсуючого струму 6. Пропонований спосіб здійснюють у пристрої таким чином. Анодну 2 і катодні 3 камери електролізера 1 заповнюють водою й підключають пристрій до мережі змінного струму. Джерело пульсуючого струму 6 передає сигнал на включення блока живлення 12 і формує пульсуючі електричні сигнали, які прикладаються до електродів 4 й 5. У результаті чого, починається процес електролізу води, й здійснюється процес спостереження за температурою й солевмістом води в електролізері 1. Сигнал про стан температури води в катодних камерах 3 передається за допомогою датчика температури 7 на вхід першого блока керування 8 і через оптрон 14 інформація надходить у джерело пульсуючого струму 6 для запуску процесу обробки води, а також для зупинки процесу електролізу, при досягненні в катодних камерах необхідної температури в межах 30-60 °C. Інформація про протікання процесу електролізу, а також про його закінчення з першого блоку керування 8 надходить, також, у блок сигналізації 9, де формує відповідні попереджуючі сигнали. Вибір оптимальних значень частоти пульсуючого струму пристрій здійснює за допомогою датчика електропровідності води 13, що стежить за електропровідністю (солевмістом) води в електролізері 1. Солевміст води впливає на її електропровідність. Чим більше солевміст, тим вище електропровідність води й тим більше струм через воду в електролізері 1 між електродами (анодом 4 й катодами 5). Тому датчик електропровідності води 13 розташований зовні електролізера 1, а інформацію про електропровідність води він отримує від джерела пульсуючого струму 6 пропорційно електричному струму, який протікає через електроди 4, 5 й воду в електролізері 1. Сигнал про це надходить із джерела пульсуючого струму 6 на датчик електропровідності води 13 і через підсилювач 11 передається на другий блок керування 10, який адаптовано стежить за солевмістом води й формує частоту імпульсів пульсацій обернено пропорційно солевмісту води, що обробляється. Сформовані частотні сигнали з другого блока керування 10 через другий оптрон 15 передаються у джерело пульсуючого струму 6, де остаточно формуються робочі імпульси пульсацій по потужності, частота яких адаптовано залежить від солевмісту води, що обробляється. Крім того, інформація про зміну частоти передається до блока сигналізації, який формує відповідні попереджуючі сигнали. У процесі електролізу у воді відбуваються електрохімічні реакції всіх молекулярних структур з поділом їх на позитивні й негативні іони. При цьому навколо електродних зон відбуваються відомі окислювально-відновні реакції з виділенням у катода молекулярного водню, а у анода молекулярного кисню й хлору, крім цього, у катодних камерах у лужному середовищі утворюються різні гідроокиси металів: Me n  nOH   Me (OH)n  , наприклад, Fe 3   3OH   Fe (OH)3  , а також карбонатні сполуки, наприклад,   2OH   2CO 2  2HCO 3  ; 2HCO 3  2Ca 2   2CaCO 3  H2  . Це сприяє тому, що в катодних камерах утворюються нерозчинені сполуки, які випадають в осад, що свідчить про очищення води від надлишків солей металів й, як наслідок, приводить до зм'якшення води. 2 UA 100274 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При обробці води із широким спектром різних забруднювачів і високим її солевмістом, і як наслідок, що має високу електропровідність, сильно активізується процес електролізу з виділенням тепла. Для стабілізації процесу електролізу й утримання температури води в необхідних межах, частоту проходження імпульсів пульсацій, за даним винаходом, вибирають обернено пропорційно електропровідності води, а виходить, і її солевмісту. Це дозволяє адаптовано стежити за солевмістом води в електролізері 1 й вибирати найбільш оптимальні значення частоти проходження імпульсів пульсацій й найбільш ефективно впливати на процес обробки води, досягаючи найбільш високих показників її якості. Такий режим, при підвищенні якості води, значно знижує, також, витрати електричної енергії. Ефективність обробки води, у пропонованому пристрої, підвищують за рахунок розташування електродів в електролізері під кутом від 90 до 180° один до одного. У результаті такого розташування електродів у камерах електролізера 1 в об'ємі води створюється градієнт напруги з максимумом напруги біля електродів і мінімумом - біля стінок електролізера. Градієнт напруги й конструкція електролізера стимулюють закручення рідини при електролізі, забезпечуючи можливість проникнення більшому числу молекул рідини в навколо електродну зону, збільшуючи, тим самим, інтенсивність обробки, що, в остаточному підсумку, приводить до підвищення ефективності всього процесу. Крім того, у пропонованому пристрої, аноди електролізера виконують з карбіду кремнію й інших мікроелементів, у концентраціях, що відповідають оздоровлюючим властивостям води. Отримана в пристрої вода, збагачується іонами кремнію (найважливішим для здоров'я елементом), а також іонами інших корисних мікроелементів у необхідних концентраціях, що ще більше підвищує якість води. Рентгено-флуоресцентний аналіз, проведений зі зразками води, отриманої за даним способом, показав наступні результати (див. Табл. 1). Аналіз табл. 1 показує, що найбільш важливі показники якості води рН й ОВП досягли значень, близьких до показників внутрішнього середовища організму людини (рН=7,6; ОВП=120 мВ). Відбулося значне зм'якшення питної води, яка є суміш аноліту й католіту у відношенні 1:3, а також зменшилась кількість солей металів. Загальний солевміст вихідної води був – 836 мг/л, а після обробки став – 220 мг/л; твердість вихідної води була - 3,5 мг-екв./л, а стала 1,2 мг-екв./л; концентрація кальцію була - 39,3 мг/л, а стала - 10,1 мг/л; концентрація магнію була - 23,9 мг/л, а стала - 10,2 мг/л; концентрація заліза була - 0,1 мг/л, а стала - 0,03 мг/л; концентрація стронцію була - 0,2 мг/л, а стала - 0,09 мг/л; концентрація свинцю була - 0,01 мг/л, а стала - 0,002 мг/л. При цьому вміст кремнію у воді збільшився від 4,9 мг/л до 8,7 мг/л, а вміст інших мікроелементів перебуває у необхідних для здоров'я концентраціях. Аноліт і католіт, отримані за даним способом, мають оздоровлюючі властивості. Аноліт є потужним антисептиком. Під час електролізу в навколо електродній зоні анода відбувається електролітичне окислювання органічних речовин, у результаті чого, вони розкладаються на прості безпечні складові. При цьому всі мікроорганізми піддаються руйнуванню під час анодної обробки, розпадаючись на прості речовини, які вже не токсичні, зокрема, на воду й вуглекислий газ. Високе значення ОВП аноліту, що досягає значень від +400 мВ до +1200 мВ, сприяє руйнуванню хлорорганічних речовин. Аналіз води, проведений Центральною Санепідемстанцією МОЗ України, показав потужні знезаражуючі властивості процесу за даним способом. При внесенні у водопровідну воду 4 суспензії бактеріальних кліток Е-соlі М-17 у кількості 1·10 в одному літрі, після обробки за даним способом, загальне мікробне число знизилося більш ніж в 5000 разів, а колі-індекс знизився до рівня чутливості засобів виміру (див. табл. 2.) Бактеріологічні дослідження аноліту, отриманого за даним способом, були проведені в Київському НДІ Клінічної й експериментальної хірургії МОЗ України. Для досліду готували одну мільярдну частку суспензії мікробних культур: кишкової палички2094(1), синьо-гнійної палички-2092(1) і стафілокока золотавого на кожному зразку розчину й інкубіровали протягом 3-х й 6 годин при температурі 37 °C. Потім робили висів по 0,1 мл на МЛА. Облік результатів здійснювали через 18 годин. Результати наведені в табл. 3. Результат бактеріологічного дослідження показує, що із всіх 5-ти середовищ при впливі на класичні штами бактерій, антимікробними властивостями має тільки аноліт, а з підкислених контрольних розчинів з антимікробними властивостями зафіксований тільки один (№ 4) через 6 годин при впливі на синьо-гнійну паличку. Католіт, без яких-небудь хімічних добавок, перетворюється в ефективний антиоксидант. ОВП католіта на різних водах досягає значень від мінус 150 мВ до мінус 1000 мВ. Цей ОВП (для питної води дорівнює -120 мВ) дуже добре погодиться з ОВП внутрішнього середовища 3 UA 100274 C2 5 10 15 20 організму людини (ОВП крові людини - від мінус 100 мВ до мінус 150 мВ). Католіт стимулює життєдіяльність живих клітин й ефективно відновлює уражені. Біологічна дія католіту перевірялася в Українському НДІ рибного господарства при заплідненні ікри райдужної форелі, використовуючи для цього воду з різними показниками. Контроль - питна артезіанська вода. Дослід 1 - католіт із рН=8,0. Дослід 2 - католіт із рН=10,0. Дослід 3 - католіт із рН=12,0. Результати досліджень наведені в табл. 4. Аналіз таблиці 4 показує, що максимальний біологічний ефект спостерігається при значенні рН=10,0 і значенні ОВП=-950 мВ. При змішуванні аноліту й католіту в співвідношеннях від 1:1 до 1:5 є вода, що відповідає всім вимогам питної води за ГОСТ 2874-82 "Вода питна", при цьому вона є очищеною, знезараженою й біологічною активною. Таким чином комплексна дія різних факторів: - вибір частоти пульсуючого струму обернено пропорційно солевмісту води в електролізері; - розташування електродів у камерах електролізера під кутом від 90 до 180° один до одного; - виконання анода з матеріалу, що містить карбід кремнію й набір корисних мікроелементів; дозволяє одержувати питну воду очищену, знезаражену й біологічно активну з високими показниками якості, у тому числі, і з води з підвищеним солевмістом; підвищує ефективність обробки води, і знижує витрати електричної енергії; дозволяє адаптовано налаштовувати процес електролізу під воду з різним солевмістом; дозволяє насичувати воду під час обробки іонами кремнію й іншими корисними мікроелементами. Технологія способу відрізняється простотою й доступністю. Спосіб реалізується в розроблювальних автором приладах очищення води ЭКВО-3 "КРЕМІНЬ", ЭКВО-6 "АМЕТИСТ" й ЭКВО-9 "КРИШТАЛЬ". Таблиця 1 Показник(елемент) Водневий показник(рН) Окислювач-відновний потенціал (ОВП), мВ Загальний солевміст Твердість Натрій Магній Кремній Фосфор Сірка Хлор Калій Кальцій Хром Марганець Залізо Нікель Кобальт Мідь Цинк Стронцій Срібло Олово Свинець Обмірювана концентрація, мг/л Питна вода, Гранична вихідна суміш концентрація мг/л аноліт католіт вода аноліту й католіту 1:3 7,4 2,85 11,3 7,6 6,0-9,0 250 970 -720 -120 836 3,5 97,9 23,9 4,9 0,7 19,4 5,4 15,6 39,3 0,003 0,03 0,1 0,003 0,0004 0,0024 0,022 0,2 0,002 0,005 0,01 590 3,2 42,0 17,0 4,4 0,2 5,5 0,8 0,7 5,3 0,003 0,005 0,05 0,001 0,0004 0,002 0,012 0,02 0,0005 0,004 0,003 180 0,9 56,7 3,5 12,1 0,3 4,7 2,0 12,0 14,5 0,001 0,0006 0,003 0,009 0,001 0,002 0,007 0,06 0,0001 0,005 0,002 220 1,2 51 10,2 8,7 0,3 5,8 1,2 6,8 10,1 0,001 0,003 0,03 0,001 0,0006 0,002 0,01 0,09 0,0004 0,004 0,002 1000 7,0 200 10-80 10,0 5,0 12 100 0,1 0,05 0,3 0,2 0,1 1,0 5,0 7,0 0,05 0,01 25 4 UA 100274 C2 Таблиця 2 Найменування інгредієнта мікробне число колі-індекс Вода дистильована Вода, оброблена за даним способом вихідна вода з внесеним Питна вода (суміш навантаженням аноліт кaтоліт аноліту й католіту) 4 3·10 немає 20 6 >1100