КОНДИЦИОНИРОВАННАЯ ПИТЬЕВАЯ ВОДА ВЫСШЕЙ КАТЕГОРИИ КАЧЕСТВА

КОНДИЦИОНИРОВАННАЯ ПИТЬЕВАЯ ВОДА ВЫСШЕЙ КАТЕГОРИИ КАЧЕСТВА


RU (11) 2286952 (13) C2

(51) МПК
C02F 1/68 (2006.01)
A23L 2/54 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
к патенту Российской Федерации 
Статус: по данным на 23.11.2006 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.11.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004112593/15 
(22) Дата подачи заявки: 2004.04.27 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.04.27 
(43) Дата публикации заявки: 2005.10.10 
(45) Опубликовано: 2006.11.10 
(56) Аналоги изобретения: СанПин 2.1.4.116-02. RU 2001134665 А, 27.08.2003. RU 2001134666 А, 27.08.2003. RU 2171863 С2, 10.08.2001. RU 2140881 С1, 10.11.1999. DE 19825559 А1, 16.12.1999. DE 19847826 А1, 02.11.2000. US 6284293 В1, 04.09.2001. 
(72) Имя изобретателя: Зыков Евгений Дмитриевич (RU); Зыкова Тамара Николаевна (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Зыков Евгений Дмитриевич (RU); Зыкова Тамара Николаевна (RU) 
(98) Адрес для переписки: 350062, г.Краснодар, ул. Атарбекова, 22, кв.19, Е.Д. Зыкову 

(54) КОНДИЦИОНИРОВАННАЯ ПИТЬЕВАЯ ВОДА ВЫСШЕЙ КАТЕГОРИИ КАЧЕСТВА
Изобретение относится к области химии водных растворов и водоподготовки. Кондиционированную питьевую воду высшей категории качества получают за счет пересыщения кислородом исходной питьевой воды. Синтезированные химотронной плазмой в парогазовой смеси Н2O2 +О2 водно-кислородные комплексы позволяют при смешивании в нормальных условиях парогазовой смеси с исходной питьевой водой получить пересыщенную кислородом экологически чистую питьевую воду с концентрацией растворенного кислорода 10-40 мг О2 /л Н2О. Экспериментально подтверждены аномальные физико-химические свойства пересыщенной кислородом парогазовой смеси питьевой воды, эффект повышения концентрации кислорода и длительное сохранение во времени пересыщенного кислородом состояния питьевой воды. Изобретение может быть использовано в пищевой промышленности, медицине, водных хозяйствах, а также в производстве бутилированных кислородосодержащих питьевых вод. Изобретение обеспечивает повышение качества питьевой воды, отвечающей требованиям СаНПиН 2.1.4.1116-02 Российской Федерации, по жизненно необходимым для организма человека нейтральным и активным формам кислорода и, кроме того, увеличение срока сохранности растворенного в кондиционированной питьевой воде кислорода. 7 ил., 5 табл. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Глобальное по масштабам антропогенное загрязнение окружающей среды в XX веке привело к необратимым изменениям климата Земли и, как следствие, к ухудшению здоровья людей. Поэтому в развитых государствах, поддерживающих в своей политике высокий жизненный уровень населения, стратегической задачей в области здравоохранения XXI века является создание реальных производств жизнеобеспечения человека высококачественными экологически чистыми воздухом, водой и продуктами питания.

Изобретение относится к областям: физической химии водных растворов и водоподготовки, более конкретно - к питьевой воде, технике и технологиям ее кондиционирования.

Изобретение может быть использовано в питьевой промышленности для приготовления высококачественных: питьевой воды, напитков и соков, а также в рыбном, сельском и коммунальном хозяйствах - для улучшения, жизнедеятельности биосистем, использующих растворенные формы кислорода.

Конкретно, изобретение находится на стадии внедрения в промышленных производствах, выпускающих бутилированные кислородосодержащие питьевые воды с торговыми марками: "Супервода - O2", "ОКСИ" и других, имеющих высокую категорию качества по растворенному кислороду и его активным формам, увеличенный срок сохранности во времени высоких концентраций растворенного в воде кислорода (не ниже 9 мг O2/л H2O при н.у.).

Критерии, по которым оценивалось качество кондиционированной питьевой воды в 1980-1990 годах были определены ГОСТ 2874-82 [1, 2].

В их состав входили [2, гл.5]:

- микробиологическая загрязненность;

- токсикологический показатель;

- органолептический показатель;

- радиационная безопасность;

- эпидемиологическая безопасность.

Показатели, по которым производился контроль качества питьевой воды [2, гл.5, с.494-512]:

1. Физические:

- температура;

- запах;

- вкус и привкус,

- прозрачность;

- взвешенные вещества;

- цветность.

2. Химические:

- окисляемость;

- минеральные азотосодержащие вещества;

- растворенные в воде газы (CO2, H2S, O2);

- сухой остаток (степень минерализации);

- общая жесткость;

- общая щелочность;

- кальций, магний, натрий, калий;

- микроэлементы (Mn, Pb, Cu, F и другие);

- сульфаты, хлориды, гидрокарбонаты;

- кремневая кислота;

- активная реакция среды (pH);

- коагулируемость, стабильность, хлорируемость.

3. Микробиологические:

- коли-индекс;

- общее микробное число;

- наличие гельминтов.

4. Радиологические:

- наличие " " и " " активных веществ в воде.

Каждый из приведенных выше показателей был исследован и определен количественно (см. [2, гл.5, с.494-512]).

Недостатки в качестве кондиционированной питьевой воды [1, 2] для потребителей:

- отсутствие критерия оценки "физиологическая полноценность питьевой воды";

- неопределенность в значениях интервалов количественных показателей: "степень минерализации", "общая щелочность", "ионный состав жизненно важных элементов";

- отсутствие количественного показателя, определяющего минимальное значение растворенного в воде кислорода для кондиционированной питьевой воды высшей категории качества;

- отсутствие показателей, определяющих растворимые в воде активные формы кислорода, водорода и их соединений;

- отсутствие показателей, определяющих сохранность высокого качества питьевой воды во времени.

Указанные выше недостатки частично были устранены в 1995-2000 г.г. в кислородонасыщенных бутилированных питьевых водах [3, 4].

В отличие от технического решения [1, 2], кондиционированная питьевая вода [3, 4] была предварительно опреснена и активирована электролизом с целью разрыхления ее жидкостной структуры. Затем опресненную разрыхленную питьевую воду кондиционировали кислородным газом под давлением с применением известных методов смешивания газа с жидкостью (эжекция, барботаж, абсорбция и другие). Насыщенную кислородом питьевую воду под давлением разливали в пластиковые или стеклянные бутыли и закупоривали герметично пробками. Для достижения высоких концентраций кислорода питьевая вода содержала количество солей на уровне их концентраций в дистиллированной воде.

Согласно данным исследования [3, 4] физиологическая полноценность бутилированной кислородонасыщенной питьевой воды заключалась в следующем:

1. Вода снимала усталость и утомляемость организма человека при повышенных нагрузках;

2. Вода улучшала работу систем водно-солевого баланса, кровообращения, дыхания, пищеварения;

3. Вода утоляла жажду при нагрузках и высоких температурах окружающей среды.

Основные недостатки в качестве кондиционированной кислородонасыщенной питьевой воды [3, 4]:

- низкое солесодержание;

- отсутствие экологической безопасности примененных физико - химических методов кондиционирования питьевой воды кислородом (воздействие на воду электрического поля, продуктов электролиза, продуктов электрохимической коррозии электродов и другие);

- падение концентрации растворенного в воде кислорода, как в герметичных, так и разгерметизированных емкостях во время хранения питьевой воды;

- отсутствие показателей, определяющих растворимые в воде активные формы кислорода, водорода и их соединений;

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является кондиционированная питьевая вода, критерии и параметры которой определены в 2002 году СаНПиН 2.1.4.1116-02 [5].

Параметры высококачественной питьевой воды [5] регламентируются как с точки зрения вкусовых характеристик, так и с точки зрения воздействия воды на организм человека (см. Методические указания МУ 2.1.4.1184-03).

В СаНПиН 2.1.4.1116-02 впервые введен критерий качества кондиционированной питьевой воды "физиологическая полноценность", который определяет не отметку параметра "не более", как в ГОСТ 2874-82, а интервал концентраций жизненно важного природного элемента или соединений, благоприятно воздействующих на организм человека.

Жизненно важным для организма человека при кондиционировании воды высокого питьевого качества определены:

- общая минерализация 100-1000 мг/л 
- жесткость 1,5-7,0 мг - экв /л 
- щелочность 0,5-6,5 мг - экв /л 
- содержание ионов Na+ 20-200 мг/л 
- содержание ионов K + 2-20 мг/л 
- удержание ионов Са2+ 25-130 мг/л 
- содержание ионов Mg 2+ 5-50 мг/л 
- содержание ионов НСО3 - 30-400 мг/л 
- содержание ионов F- 0,5-1,5 мг/л 
- содержание ионов I - 0,01-0,125 мг/л 
- pH 6,5-8,5 
- растворенный в воде кислород: 
I категории качества 5 мг О2/л H2O при н.у. 
Высшая категория качества 9 мг O2/л H 2O при н.у 


Кондиционированная питьевая вода [5] содержит минимальное (по отношению к известным техническим решениям) количество микроорганизмов и " ", " " активных радионуклидов (включая радон).

Она разливается в стерилизованные бутыли, так же как кондиционированная питьевая вода [3, 4].

В отличие от технического решения [3, 4] кондиционированная питьевая вода [5] разливается в бутыли и герметизируется под атмосферным давлением, содержит от 100 до 1000 мг/л минеральных веществ, имеет сбалансированный ионный состав, pH, кислородно-газовый состав, благоприятно воздействующий на организм человека.

Концентрация растворенного кислорода в кондиционированной питьевой воде [5] высшей категории качества соответствует предельному насыщению воды кислородом воздуха - 9,0±0,1 мг O2/л H2O при 20°С и атмосферном давлении.

Основные недостатки в качестве кондиционированной питьевой воды [5]:

- низкое качество по активным формам кислорода, водорода и их соединений и, как следствие, невозможность получения при нормальных условиях перенасыщенного кислородом состояния питьевой воды;

- невозможность сохранения во времени для бутилированной питьевой воды высшей категории качества параметра "растворенный в воде кислород с концентрацией 9 мг O2/л H2O" при нормальных условиях розлива и хранения воды;

- отсутствие показателей определяющих растворенные в кондиционированной питьевой воде активные формы кислорода, водорода и их соединений.

Целью поставленной заявки технической задачи является:

- повышение качества кондиционированной питьевой воды, отвечающей требованиям СаНПиН 2.1.4.1116-02, по жизненно необходимым для организма человека нейтральным и активным (энергообогащенным) формам кислорода, водорода и их соединений;

- увеличение срока сохранности концентрации растворенного в бутилированной питьевой воде кислорода, отвечающей высшей категории качества (не ниже 9 мг O2 /л H2O при н.у.).

Решение поставленной в заявке технической задачи достигается за счет синтезированных химотронной плазмой в кислородосодержащей парогазовой смеси H2 O2+O2 водно-кислородных комплексов [(O 4 4-)·4H3O+]·nH2 O, позволяющих при смешивании в нормальных условиях парогазовой смеси с исходной питьевой водой получить пересыщенную кислородом экологически чистую для организма человека питьевую воду высшей категории качества.

Возможность использования химотронной плазмы и кислородосодержащей парогазовой смеси H2O 2+O2 [6] для достижения технического результата поставленной выше задачи основывается на теории биполярного плазменного электрода [6, 7]. Проведенное нами дальнейшее развитие теории [6, 7] показывает, что при потенциалах в плазмохимотроне от 140 до 220 В в химотронной плазме возможно образование активированных плазмой комплексных газожидкостных соединений кислорода, водорода и воды, которые должны быть устойчивы вне плазмы. Их построение определяет физико-химическая реакция биполярных кластерных комплексов, формирующих химотронную плазму (см. уравнение 7 патента [6]) с растворенным в водном растворе электролитом, активированным плазмой кислородным газом.



где: - биполярный кластерный комплекс химотронной плазмы [6];

O2 (гж)* - растворенный в водном растворе электролита кислородный газ;

Нг + (H+·H2O) (H3O)+ - гидратированный протон (ион гидроксония);

е- г (е- хп·H2O) - гидратированный электрон;

Е хп и Qфх - соответственно энергия химотронной плазмы и энергия физико-химической реакции, определенная уравнением (1);

индексы (*) и (#) - относятся к активированному химотронной плазмой веществу соответственно в пленке (слое) плазмы и выходящего из пленки химотронной плазмы в парогазовую смесь H2O2+O2.

Водно-кислородный комплекс [(O4 4-)·4H 3O+]·10Н2O#, сформированный неоднородным электрическим полем в пленке химотронной плазмы, равновероятно выделяется из химотронной плазмы как в парогазовую смесь H2O2+O2, так и в кислородонасыщенный водный раствор электролита, циркулирующий в плазмохимотроне.

Анализ уравнения (1) показывает, что кислородосодержащее ядро газожидкостного комплекса должно образовываться в химотронной плазме при физико-химическом взаимодействии четырех атомов кислородосодержащего газа, насыщенного электронами плазмы:



Насыщенные электронами четыре атома кислорода (4O -) способны формировать дополнительные химические связи и образовывать в плазме объемное атомно-молекулярное соединение, имеющее структурную формулу O4 4- (см. фиг.1, поз.1).

Силами атомно-молекулярного взаимодействия четыре иона гидроксония связаны как с ядром комплекса, так и с десятью молекулами активированной химотронной плазмой химически чистой воды (10 H2O#). Они образуют вокруг ядра комплекса предельно энергонасыщенную водно-гидратную оболочку (см. фиг.1, поз.2).

Водно-гидратная оболочка определяет устойчивость ядра биполярного газожидкостного комплекса [(O 4 4-)·4H3O+] в окружающей среде (в химотронной плазме, парогазовой смеси и водных растворах электролитов).

Фигурой 1 (поз.2, поз.3, поз.4) схематично представлено построение устойчивых водно-гидратных оболочек биполярных газожидкостных комплексов соответственно в пленке химотронной плазмы, парогазовой смеси H2O2+O2 [6] и в жидкой питьевой воде.

Поскольку энергия активированного состояния компонентов газожидкостного комплекса [(O4 4-)·4H3O+]·10H 2O# известна и равна соответственно:

(2O2-4O·)=2·5,12 эВ=10,24 эВ [8, с.37];

(4H3O+)=4·4,77 эВ=19,08 эВ [9, с.56];

(4е- хп) (4Н+ г) (HO2 Н++O2 -) 4·11,5 эВ=46,0 эВ [9, с.56; 10,

табл. ионизации HO2],

то дополнительная энергия, переданная химотронной плазмой молекулам химически чистой воды может быть определена количественно двумя независимыми методами:

1. Спектроскопическим (из условия спонтанного появления и устойчивого существования в кислородонасыщенном водном растворе электролита, циркулирующего в плазмотроне, химотронной плазмы):

где (в) и (cp) - соответственно энергия активации водородосодержащего катодного газа и кислородонасыщенного водного раствора электролита, циркулирующего в плазмохимотроне, необходимые для зажигания и устойчивого существования на межфазной границе "газ - жидкость" химотронной плазмы;

Е( заж=667±2 нм) - энергия квантов монохроматического розового света, излучаемого химотронной плазмой, при ее спонтанном появлении на межфазной границе: водородсодержащий катодный газ - кислородонасыщенный раствор электролита.

2. Расчетным (на основе структурной формулы газожидкостного комплекса [(O 4 4-)·4H3O+]·10 H2O# выходящего из пленки химотронной плазмы (см. фиг.1, поз.2):



Результаты значений в уравнениях (2), (3) позволяют с точностью ±5% оценить энергию водной гидратной оболочки газожидкостного комплекса или, иными словами, энергию гидратации ядра комплексного кислородосодержащего соединения [(O4 4-)·4H3 O+]:



Энергия гидратации ядра комплексного кислородосодержащего соединения [(O4 4-)·4H3 O+] соответствует энергии гидратации двухзарядных ионов Са2+, Cu2+, Mg2+, Mn 2+, Fe2+ и других, определяющих энергообменные процессы в живых клетках.

Данные об энергии гидратации биполярного водно-кислородного комплекса [(O4 4-)·4H3O+]·10H2 O# и об энергии водяного пара в критической точке воды (Р=225 атм, t=373°С, конд= пара=0,323 г/см 3, см. фиг.1, поз.3) позволяют с точностью ±3% определить количество активированных (энергообогащенных) ядром комплекса [(O4 4- )·4H3O+] молекул воды в парогазовой смеси H2O2+O2 (см. фиг.1, поз.3) в критической "газожидкостной" для паров воды точке:



где: - энергосодержание (удельная энтальпия) 1 моля паров

(конденсата) воды в критической точке воды, равное:

2100 кДж/моль; 55,56 моль/кг=37,8 кДж/моль (0,39 эВ).

Определенный выше состав биполярного газожидкостного ядра водно-кислородного комплекса, данные о плотности водяного пара [11, с.523-524] позволяют также определить предельную концентрацию активного кислорода водно-кислородных комплексов в парогдзовой смеси H2 O2+O2 в критической точке воды:



где: и - соответственно максимально возможная концентрация кислорода водно-кислородных комплексов в парогазовой смеси и плотность водяного пара в критической точке воды, равная плотности конденсата;

m(2O2)*=m(4O·)=64 г O2 ;

m(4Н·)=4 г; 

Рассчитанное по данным [11, с.523-524] значение H2O во всем диапазоне температуры и давления водяного пара показывает, что

а значение H2O=Var. Иными словами, предельный размер и вес в парогазовой смеси H2O2+O2 газожидкостных микрокапель пара, содержащих активный кислород и водород, с точностью, не превышающей ±15%, можно определить, используя формулу расчета предельно кислородонасыщенных водно-кислородных комплексов [(O4 4-)·4H3 O+]·46 H2O в критической "газожидкостной" точке воды.

На основании сказанного следует, что в интервале температур парогазовой смеси H2O2+O 2 от 70°С до 98°С, с учетом, что , концентрация активного кислорода водно-кислородных комплексов в парогазовой смеси равна:





где: и - соответственно плотность пара при t=98°С и t=70°С [11, с.523-524].

Температура парогазовой смеси H2 O2+O2 98°С, равная температуре кипения водного раствора электролита в плазмохимотроне при атмосферном давлении, является предельной. Она ниже на 2°С температуры кипения чистой воды и является также предельной температурой парогазожидкостной смеси, выходящей из плазмохимотрона, при нормальных условиях.

Температура парогазовой смеси 70°±10°С (С(O2) 20±10 мг O2/л) является наиболее экологически безопасной, т.к. обеспечивает минимальный унос паров щелочи (кислоты) из подщелоченной или подкисленной воды плазмохимотронного парогазового блока системы кондиционирования питьевой воды нейтральными и активными формами кислорода и водорода.

Для водных растворов электролитов на основании экспериментальных данных об энергии реакции синтеза молекул жидкой воды (Н4O2 ) из анионов (ОН-) и катионов (H3O +) сильных оснований и сильных кислот:



в критической точке ионно-нейтрального состояния жидкой воды:



Адекватное значение получено при рассмотрении физико-химического процесса синтеза ассоциированной молекулы жидкой воды из двух молекул водяного пара:



где: - энергия водородной связи ассоциированных молекул жидкой воды, обусловленная взаимодействием межмолекулярных сил Ван-дер-Ваальса [12, с.104].

На основании уравнения (6) значение для биполярных газожидкостных ядер в водных растворах электролитов (см. фиг.1, поз.4) определяется величиной:



Из анализа уравнений (5) и (7) следует, что растворимость газожидкостных водно-кислородных комплексов в водных растворах электролитов увеличивается по отношению к парогазовой смеси:



где: - максимально возможная концентрация активного кислорода водно-кислородных комплексов в водных растворах электролитов,

- плотность жидкой воды 



В отличие от парогазовой смеси H2 O2+O2, для водного раствора

электролита а значение Н4O2=Var. В этих условиях газожидкостное ядро водно-кислородного комплекса взаимодействует с молекулами воды на ионно-молекулярном уровне за счет сил электромагнитного поля спонтанно возникающего между биполярно заряженным ядром [(O4 4-)·4H3O+ ] комплекса и диполями ассоциированных молекул жидкой воды [12, с.104].

Водную оболочку ядра [(O4 4- )·4H3O+] в водном растворе электролита можно представить как "водный домен" активированных через магнитную составляющую электромагнитного поля ядра комплекса ассоциированных молекул жидкой воды, граница которого в объеме водного раствора электролита ограничена минимальной энергией диполь-дипольного взаимодействия сил Ван-дер-Ваальса между молекулами воды [12, с.318].

На основании сказанного выше, n* Н 4O2 (см. фиг.1, поз.4) и, как следствие, концентрация кислорода водно-кислородных комплексов в водном растворе электролита, оцениваются значениями:



где: - минимальная энергия межмолекулярного взаимодействия сил Ван-дер-Ваальса [12, с.318].



Так как n* Н4O2?45000, рассчитанная через , то для интервала температур парогазовой смеси H2 O2+O2 70°±10°С, примененном в заявленном техническом решении, значение n H2O для водно-кислородных комплексов [(O4 4-)·4H 3O+]·nH2O оценивается величиной 40000±20000.

n H2O=40000±20000 соответствует определяющую уровень пересыщения питьевой воды кислородом парогазовой смеси H2O2+O2 при их смешивании равный 20±10 мг O2/л.

Помимо биполярных ядер [(O4 4-)·4H3 O+] в химотронной плазме при энергетических потенциалах в плазмохимотроне, превышающих 2Е °=112,5 эВ возможен также синтез таутомерных водно-кислородных комплексов "Супервода - O2" 2(Н10 O8)* [7, 13], содержащих как активный кислород (O 4)*, так и активный водород (4Н·)# , находящийся в предельном энергонасыщенном ионно-атомном (таутомерном) состоянии:





где: Е °=1,3601·10-18 Дж (56,25 эВ) и V °=1,3601·10 16 Гц -

фундаментальные постоянные нулевого квантово-механического уровня [(n=±1; 0; 1); 0; (n*=1; 0; ±1)] построения вещества и среды [13];

(Н4O4)* - кластерный пероксид водорода, синтезированный

в химотронной плазме [6],

2(Н 10O8)* [2(Н4O4)*-(4Н·) #-2(O4Н4)*],



(4H·)# - ионно-атомный (таутомерный) водород формирующий ядро таутомерного комплекса 2(Н10O8)*,

е- - электрон, e+ - позитрон, p+ - протон, р- - антипротон,

е- г и е+ г - соответственно гидратированные электрон и позитрон;

р+ г и р- г - соответственно гидратированные протон и антипротон.

Так же как пероксид водорода (H2O2) является окисленной кислородом, энергообогащенной формой воды (H2 O), таутомерный газожидкостной комплекс "Супервода - O 2" 2(Н10O8)* является окисленной кислородом и энергообогащенной химотронной плазмой формой газожидкостного ядра кластерной кислородопересыщенной воды [(O4 4-)·4H3O+]·nH2 O.

В отличие от известных таутомеров [14, с.51] предельно энергонасыщенное таутомерное вещество 2(Н10O8 )* имеет физико-химическое соединение его элементов с одной и той же мерой энергии, у массы и величины заряда, состоящие из частиц вещества и антивещества (см. уравнение 9)

При времени контакта антивещества с веществом соизмеримым (или меньшим) времени пребывания элементарных частиц (е-, е+, р+, р-) на нулевом квантово-механическом уровне ( 1/V ° 7,4·10-17 секунды) аннигиляция антивещества в веществе не происходит.

Теория гидролиза таутомерных комплексов 2(Н10O8)* в водных растворах электролитов отсутствует. Можно предположить, что наиболее вероятен механизм гидролиза 2(Н10O8)* в присутствии многозарядных ионов Si4+, С4+ и других с энергией гидратации соизмеримой с Е °:



где: Qhv 4,5 эВ - энергия излучения при распаде кластерного пероксида водорода (Н4O4) (Н4O2+O2 +Qhv) в водном растворе электролита (см. патент [6]).

Теория расчета концентрации активных форм кислорода и водорода, кластерного пероксида водорода H4O 4, входящей в состав водно-кислородных комплексов [(O 4 4-)·4H3O+]·nH2 O, отсутствует. Поэтому диапазон концентраций активных форм кислорода и водорода (Н4O4)* в пересыщенной кислородом питьевой воде можно определить только экспериментально с применением методов анализа фотохимических или биофотохимических реакций взаимодействия комплексов с ионными компонентами водного раствора электролита (питьевой воды).

Из анализа рассмотренных выше теорий следует, что при смешивании парогазовой смеси [6], содержащей водно-кислородные комплексы, с кондиционированной питьевой водой должно происходить пересыщение питьевой воды растворимым кислородом по отношению к типовым методам насыщения (? на 10?40 мг O2/л H2O) и появление аномальных физико - химических свойств в кондиционируемой питьевой воде.

Для экспериментального подтверждения предсказанных теорией аномальных физико-химических свойств парогазовой смеси [6], используемой в заявленном техническом решении, нами была разработана документация и создана опытно-промышленная установка, принципиальная схема которой представлена фигурой 2.

Установка состояла из двух систем: "Системы очистки и обеззараживания артезианской воды до уровня отвечающего питьевой воде СаНПиН 2.1.4.1116-02" и "Система кондиционирования очищенной и обеззараженной артезианской воды кислородосодержащими смесями", взаимосвязанных гидравлическим трубопроводом с очищенной и обеззараженной артезианской воды -2- (см. фиг.2).

Типовая система очистки и обеззараживания артезианской воды включала:

трубопровод подачи артезианской воды -1-; теплообменник поз.1, фильтр грубой очистки поз.2; фильтр тонкой очистки поз.3; аппарат ультрафиолетового обеззараживания воды поз.4; трубопровод очищенной и обеззараженной воды -2-; шаровый кран с наконечником поз.5; приемную, сменную емкость E1 поз.6 с крышкой для герметизации емкости поз.7; приборы контроля (при фиксированной температуре, t) концентрации растворенного в воде кислорода (С О2) и pH воды поз.8.

Соответствие качества очистки и обеззараживания артезианской воды требованиям питьевой воды СаНПиН 2.1.4.1116-02 было подтверждено полным химическим анализом питьевой воды, проведенным Центром испытаний питьевой воды г.Краснодара,

Опытно - промышленная система кондиционирования питьевой воды кислородосодержащими смесями (кислородным газом) состояла из жидкостного и газового (парогазового) блоков взаимосвязанных в технологической схеме установки узлом эжекторов из поз.16 (см. фиг.2), в котором происходило смешивание кислородсодержащей газовой (парогазовой) смеси с кондиционируемой питьевой водой.

Жидкостной блок системы включал: регулятор расхода кондиционируемой питьевой воды поз.9; трубопровод подачи кондиционируемой питьевой воды -2- в циркуляционно - проточный гидравлический контур, образованный трубопроводом -3-; химостойкой емкостью Ео поз.10; химостойким насосом поз.12; теплообменником поз.14; датчиком расхода поз.15; узлом эжекторов поз.16; шаровым краном с наконечником поз.18;. сменную емкость E1* поз.19 с крышкой для герметизации поз.7; приборы контроля концентрации растворенного в воде кислорода и pH воды (лабораторные кислородомер АЖА - 101 и pH - метр pH - 420) поз.8.

Емкость Ео, входящая в состав гидравлического контура жидкостного блока системы (см. фиг.2) дополнительно была оснащена в верхней части:

трубопроводом -4- для вывода отработанного кислородсодержащего газа (парогазовой смеси H2O2+O2) из емкости Ео в атмосферу, трубопровод -5- с шаровым краном поз.20 для ввода жидкого реагента (использовался для исследования влияния на процесс кондиционирования питьевой воды кислородом водного раствора H 2O2); в нижней части: трубопроводом -6-, соединяющим датчик уровня (объема) питьевой воды поз.21 с порционно - проточным датчиком кислорода поз.22, подсоединенного к промышленному прибору АЖА - 101 М (порционную подачу воды через датчик поз.22 обеспечивал клапан поз.23).

Газовый (парогазовый) блок системы кондиционирования питьевой воды включал: узел подготовки кислородосодержащего газа поз.24 (в состав узла входили типовые: воздуходувка, фильтр и озонатор воздуха, баллон сжатого кислородного газа с редуктором, вентиль регулировки расхода газа с ротаметром, на фиг.2 не показаны); трубопровод подачи кислородосодержащего газа -7-, соединенный с трехходовым краном поз.26; узел подготовки парогазовой смеси [6] поз.25 (в состав плазмохимотронного узла входили: емкость с водным раствором электролита, датчик уровня (объема) раствора электролита в емкости, вентиль, регулирующий расход электролита в плазмохимотронном аппарате, жидкостной ротаметр, баллон сжатого кислородного газа с редуктором, вентиль регулировки расхода газа с ротаметром, плазмохимотронный аппарат с пультом управления, парогазожидкостной сепаратор, на фиг.2 не показаны); трубопровод подачи парогазовой смеси -8-, соединенный с трехходовым краном поз.26; трубопровод - 7, 8 - соединяющий узел эжекторов поз.16 циркуляционно-проточного гидравлического контура системы с трехходовым краном поз.26, шаровой кран поз.27, датчик давления в газовом (парогазовом) трубопроводе поз.28 (мановакуометр), датчик температуры в газовом (парогазовом) трубопроводе поз.29 (с исполнительным цифровым показывающим прибором), индикатор расхода газовой (парогазовой) смеси поз.30, шаровый кран поз.31 трубопровод -9- с шаровым краном поз.32, соединяющий газовый (парогазовый) трубопровод -7, 8- с атмосферой.

Исследование процесса кондиционирования питьевой воды на опытно-промышленной установке и экспериментальную проверку физико-химический свойств парогазовой смеси H2O 2+O2 [6] проводили в следующей последовательности:

1. Заполняли в течение 5-6 минут емкость Ео в количестве V H2O=200±4 литра питьевой воды из трубопровода -2-, открыв регулятор расхода поз.9.

2. Предварительно выставляли:

- расход кондиционируемой воды в циркуляционно-проточном гидравлическом контуре жидкостного блока химостойким насосом поз.12 и регулирующими вентилями поз.11, поз.13, поз.17 на уровне G H2O=1500±30 л/час (давление питьевой воды в напорной части контура Р H2O=15,0±0,15 м вод. столба);

- разряжение в смесительной камере эжекторов поз.16 на уровне Р H2O=0,90±0,15 м вод. столба при давлении питьевой воды в напорной части контура 15,0±0,15 м вод. столба.

3. Включали систему кондиционирования питьевой воды опытно-промышленной установки (в следующей последовательности)

- газовый блок с заданным расходом кислородосодержащей газовой (парогазовой) смеси при закрытом шаровом кране поз.31 и открытом кране поз.32 (без подачи газа в жидкостной блок);

- жидкостной блок с расходом кондиционируемой питьевой воды в трубопроводе -3- циркуляционно-проточного гидравлического контура 1500±30 л/час;

- после включения жидкостного блока с интервалом времени не более 5-10 секунд открывали кран поз.31 и закрывали кран поз.32 (см. фиг.2), направляя поток кислородосодержащей газовой (парогазовой) смеси в узел эжекторов поз.16, где происходило смешивание газовой (парогазовой) смеси с кондиционируемой питьевой водой.

4. Снимали экспериментальные данные:

- насыщения кондиционируемой питьевой воды в циркуляционно-проточном гидравлическом контуре установки кислородом (включая формы кислорода и водорода активированные химотронной плазмой);

- по физико-химическим свойствам кондиционированной питьевой воды и исходной (контрольной), разлитых в опытно-промышленной установке в бутыли E1 * и E1 через краны поз.18 и поз.5 трубопроводов -3- и -2- и загерметизированных пробками поз.7.

С учетом времени, затраченного на получение и розлив экспериментальной партии кондиционированной и исходной питьевой воды, не превышающего 50±10 минут, точность определения данных, снятых на установке, составила:

pH H2O=±0,25 ед; C O2=±0, 5 мг O2/л H2 O; G H2O=±2%; t H2O=±1°С (поддерживали включением теплообменников поз.1 и поз.14 см. фиг.2);

G газа =±6%; t газа =±3%; (где G - изменение в показаниях, расхода, t газа - изменения в показаниях температуры).

На основании данных [2, 9, 15] максимально возможный уровень насыщения дистиллированной воды растворенным кислородом, полученный с применением типовых методов смешивания газа с жидкостью, известен и зависит непосредственно от парциального давления свободного кислорода (Ро2) в кислородосодержащей газовой смеси [15, с.154, см. законы Генри-Дальтона].

Для воздуха при нормальных условиях (20°С и атмосферном давлении) - 9,0±0,1 мг O2/л H2O, для кислородного газа 44±1 мг O2/л H2O.

Для парогазовой смеси H2O2+O2 [6] такие данные отсутствуют.

Поэтому нами были проведены при нормальных условиях (атмосферном давлении и температуре 21±1°С) комплексные исследования процессов насыщения питьевой воды с фиксированным содержанием растворенного кислорода (С O2=2,0±0,5 мг O 2/л H2O) кислородосодержащими газовыми (парогазовыми) смесями:

1. Воздух (содержание кислорода Р O2 21 объемных %);

2. Смесь (воздух + озон, Р О 2=21%, С О3 20-30 мг О3/ л-воздуха):

3. Смесь (воздух + кислородный газ, Р O2 40%);

4. Смесь (воздух + кислородный газ, Р O 2 60%);

5. Кислородный газ (Р O2 100%);

6. Парогазовая смесь [6] 1: 1 (получена при температуре 75±5°С и соотношении массового расхода кислородного газа к расходу химически чистой воды раствора электролита, циркулирующего в плазмохимотронном узле установки фиг.2, равным 1:1);

7. Парогазовая смесь [6] 2:1 (получена при температуре 65±5°С и соотношении массового расхода кислородного газа к расходу химически чистой воды раствора электролита, циркулирующего в плазмохимотронном узле установки фиг.2, равным 2:1).

Контроль свободного кислорода (Р O2) в кислородсодержащих смесях осуществляли фотометрическим методом с использованием блока, принципиальная схема которого представлена фигурой 3 и типовыми индикаторными трубками O2 (1,0?25%).

Блок (см. фиг.3) состоял из узла источника света, использующего процесс горения углеводородов в свободном кислороде, включающего: корпус с газопроводящим штуцером и каналами поз.1, распределитель, газового (парогазового) потока (сетки + вата) поз.2, парафиновую (восковую) свечу поз.3, тонкое прозрачное стекло поз.4, съемный кожух поз.5 и фотометрический прибор контроля освещенности - люксметр поз.6. Тарировка блока фиг.3 была проведена по воздушно-кислородной смеси при Р О2 от 20% до 100%. Точность определения Р О2:

для воздуха Р О2 ±15%, для кислородсодержащей смеси Р O2 ±20%. Фигурой 4 представлены экспериментальные данные о содержании свободного кислорода Р O2 в исследуемых нами кислородсодержащих смесях.

Анализ полученных данных показывает, что парогазовая смесь [6] 1:1 содержала свободный кислород на уровне чувствительности прибора ?4-6%, парогазовая смесь [6] 2:1 в количестве, близком к содержанию свободного кислорода в воздухе (Р О2 18±4%, см. фиг.4).

Данные фиг.4 показывают, что для количественной оценки пересыщения питьевой воды кислородом парогазовой смеси H2O2+O2, на основании равенства парциальных давлений кислорода при н.у. парогазовой смеси и воздушной смеси, должен быть выбран воздух или воздушно-озоновая смесь.

Экспериментальные данные процессов насыщения питьевой воды кислородом, снятые при нормальных условиях в опытно-промышленной установке кондиционирования питьевой воды, представлены на фигуре 5. Данные фиг.5 получены при фиксированных объемах кондиционируемой питьевой воды V H2O=200±4 л, фиксированном расходе и давлении воды в напорной части циркуляционно-проточного гидравлического контура установки G H2O=1500±30 л/час, Р=15,0±0,15 м вод. столба, водородном показателе и концентрации растворенного кислорода в исходной воде pH ко=7,5-8 ед., С O2=2,0±0,5 мг O2/л H2 O, водородном показателе конденсата парогазовой смеси [6] pH конд=8,50±0,50 ед., водородном показателе кондиционированной (кислородонасыщенной) питьевой воды

pH H2O=8,25±0,25 ед.

Объем кислородсодержащей газовой, Vгс (парогазовой, Vnгc) смеси, используемый в процессе насыщения кондиционируемой питьевой воды кислородом изменяли во времени (Vгс=Var, Vпгс=Var) при постоянном, (зафиксированном во времени эксперимента) расходе газовой, Gгс, (парогазовой, Gпгс) смеси.

Из анализа данных фигуры 5 следует:

- процессы насыщения питьевой воды воздухом и воздушно-озоновой смесью были адекватными в пределах ошибки эксперимента (по типовой методике СаНПиН 2.1.4.1116-02 озон в питьевой воде установки был определен при температуре воды 21±1°С на уровне С О3 0,5 мг О3/л H2O

- кондиционируемая питьевая вода насыщалась кислородом воздуха и кислородом парогазовой смеси [6] 1:1 и 2:1 примерно в одном и том же интервале времени (см. фиг.5);

- процессы насыщения парогазовой смеси [6] 1:1 и парогазовой смеси [6] 2:1 были адекватны в пределах ошибки эксперимента;

- не наблюдалось полного насыщения кондиционируемой питьевой воды кислородом кислородного газа (P O2=100%) в интервале 0,01 Vгс/V H2O 10;

- пересыщение питьевой воды кислородом парогазовой смеси [6] 1:1 и 2:1 по отношению к известным кислородсодержащим смесям составило от 5 до 22 мг О2/лН2O.

Конкретно: по отношению к кислородсодержащей воздушной и воздушно-озоновой смеси - 20-22 мг О2/л H2O, по отношению к воздушно-кислородной смеси (Р О2=40?60%) - 7?14 мг O2/л H2O, по отношению к кислородному газу (0 Vгс/V H2O 10) - 5?6 мг O2/л H2O.

В теоретическом обосновании аномальных физико-химических свойств парогазовой смеси [6], лежащих в основе заявленного технического решения, концентрация кислорода в водно-кислородных комплексах водного раствора электролита, циркулирующего в плазмохимотронном узле установки кондиционирования питьевой воды, должна не менее чем в 2 раза превышать концентрацию кислорода в водно-кислородных комплексах конденсата парогазовой смеси (см. уравнения 5 и 7).

Это означает, что должно происходить увеличение пересыщения питьевой воды парогазовой смесью [6] при использовании ранее обработанного в плазмохимотронном узле установки водного раствора электролита по отношению к свежеприготовленному.

Экспериментальные данные о влиянии обработанного водного раствора на уровень пересыщения кислородом кондиционируемой питьевой воды парогазовой смесью [6] 1:1 представлены в таблице 1.



Анализ экспериментальных данных таблицы 1 показывает, что увеличение пересыщения кислородом кондиционированной питьевой воды при использовании парогазовой смеси [6], приготовленной на обработанном ранее в плазмохимотронном узле установки водном растворе электролита, по отношению к процессу насыщения с применением парогазовой смеси, приготовленной на свежем водном растворе электролита реально существует и составляет 4±2 мг O2/л H 2O.

На основании экспериментальных данных фиг.5 и табл.1 пересыщение питьевой воды кислородом парогазовой смеси [6] по отношению к известным кислородсодержащим смесям составило от 9±2 мг O2/л H2O до 26±2 мг O2/л H2O, что подтверждает ранее проведенный нами теоретический расчет концентрации водно-кислородных комплексов в парогазовой смеси [6] и наличие аномальных физико - химических свойств у парогазовой смеси H2O2+O 2 по отношению к известным.

Процесс пересыщения кислородом кондиционированной питьевой воды (нейтральными и активными формами) необходимо контролировать одновременно по параметрам качества воды "растворенный в воде кислород", "pH воды", "Активные формы кислорода, водорода и их соединений, растворенные в воде".

В техническом решении [5] показатель качества воды "Активные формы кислорода, водорода и их соединений, растворенные в воде" отсутствует. В СаНПиН 2.1.4.1116-02 определен только параметр концентрации в бутилированной питьевой воде, растворенной в воде активной формы газообразного кислорода - "озона", С О3 0,1 мг О3/л H2O (быстрораспадающейся при температуре воды 20°С).

Для заявленной кондиционированной кислородосодержащей питьевой воды высшей категории качества помимо С O2, С О3, pH необходимо определить наличие в воде активных форм кислорода, водорода и их соединений, связанных как с концентрацией в воде известного пероксида водорода (H 2O2), так и кластерного пероксида водорода (Н 4O4), входящего в состав водно - кислородных комплексов [(O4 4-)·4H3 O+]·nH2O.

Из проведенного нами анализа научно - технической литературы и нормативной документации о свойствах H2O2 в водных растворах и биосистемах, находящихся в пероксидных водных растворах, благоприятно действующая на обменные процессы в живых клетках концентрация H2 O2 (С H2O2) находится в пределах от 3·10-6 до 10-4 М [16, 17, 18]. Нижнее значение С H2O2 3·10-6 М (?0,1 мг H2O 2/л H2O) нормируется СаНПиН 2.1.4.1074-01 на питьевую воду, верхнее значение С H2O2 10-4 М (?3 мг H2O2 /л H2O) определено [18] по отсутствию изменений при действии добавки пероксида водорода на биохимические реакции в живых клетках.

Из-за отсутствия данных о количественном анализе активных форм кислорода, водорода и их соединений в кондиционированной установкой питьевой воде (см. фиг.2) нами были проведены исследования этого важного для живых клеток (организма человека) показателя качества воды с применением:

1. Типовой методики физико-химических методов анализа пероксида водорода [16, с.448];

2. Опытной методики коллоидно-химического метода анализа активных форм кислорода, водорода и их соединений, разработанной предприятием "Экосервис", г.Краснодар.

В основе методики коллоидно-химического метода анализа активных форм кислорода, водорода и их соединений, разработанной предприятием "Экосервис" лежат аномальные физико - химические свойства кондиционированной парогазовой смесью H 2O2+O2 [6] на установке фиг.2 питьевой воды (высшая категория качества, марка "ОКСИ") по отношению к исходной питьевой воде, насыщенной кислородом воздуха (С O 2 9 мг O2/л H2O) увеличивать не менее чем в 2-3 раза время устойчивого коллоидно - химического состояния освещенной УФ-светом ртутной лампы ( =254 нм) водной суспензии хлористого серебра AgCl, приготовленной смешиванием водного раствора AgNO3 с исследуемой питьевой водой.

Нижняя граница чувствительности метода определена растворимостью суспензии соли AgCl в питьевой воде - 1,3·10 -5 М, верхняя - растворимостью Ag2O в питьевой воде - 1,3·10-4 М.

Точность количественного определения по шкале фоточувствительных ионов Ag* активных форм кислорода, водорода и их соединений коллоидно-химическим методом не превышает ±30%.

3. Опытной методики биохимического метода анализа активных форм кислорода, водорода и их соединений, разработанного Биологическим факультетом МГУ им. М.В.Ломоносова [19].

В основе методики биохимического метода анализа активных форм кислорода, водорода и их соединений, лежат аномальные физико - химические свойства кондиционированной парогазовой смеси H 2O2+O2 [6] на установке фиг.2 питьевой воды (высшая категория качества, марка "ОКСИ") по отношению к исходной питьевой воде формировать превышающее более чем на порядок фоновое излучение (фиксируется прибором БИОТОКС от исходной питьевой воды и материала пробирки) вспышки хемилюнесцентного света из активных центров растворенного в воде люминофора (люминола) при добавлении в воду двухзарядных ионов

(Cu2+ , Fe2+ и других).

Так как длина наблюдаемого в водном растворе с люминофором, приготовленным на кондиционированной питьевой воде "ОКСИ", излучения находятся в области 275 нм (Е hv 4,5 эВ), что точно определено уравнением реакции:



где: 

то диапазон концентраций ионов Fe2+ , разряжающих активные центры люминофора, связанные в питьевой воде "ОКСИ" с водно-кислородными комплексами, в первом приближении, позволяет оценить концентрацию активных форм кислорода, водорода и их соединений в питьевой воде.

Нижняя граница чувствительности биохимического метода 10 М-8, верхняя ?10-5 М [19]. Концентрация ионов Fe2+ , при которой амплитуда вспышки из воды с люминофором имеет наибольшее значение (обеспечивает наиболее полное взаимодействие активных центров люминола с ионами Fe2+) находится в пределах 10-6-10-5 М.

В таблице 2 и фиг.6 представлены экспериментальные данные количественного анализа С О2, pH, активных форм кислорода, водорода и их соединений в кондиционированной установкой фиг.2 питьевой воде.

Таблица 2 (*). 
№ поз. Параметр качества питьевой воды, метод Кондиционированная на опытно - промышленной установке питьевая вода 
анализа параметра Кислородосодержащая смесь примечание 
воздух Кислородный газ парогазовая смесь [6] 1:1, 
1 2 3 4 5 6 
1 Растворенный в воде кислород, мг O2/л H 2O 
Типовой физико - химический метод. Паспорт прибора АЖА-101 pH воды 9.0±0,5 27,0±0.5 34,0±0,5 
2. Типовой физико - химический метод. Паспорт прибора pH-420 8,0±0.25 8,0±0,25 8,25±0,25 
3 Растворенный в воде пероксид водорода, моль Н2O2 /л H2O Типовой физико - химический метод [16, с.448] Нет воспроизведенных данных (С Н2O2 5·10-4 М)** Нет воспроизведенных данных (С H2O 2 5·10-4 M)** Нет воспроизведенных данных (С Н2O 2 5·10-4 М)** (**) пороговая концентрация H2O 2 ?5·10-4 M определена количественно в табл.3 
4 Активированные формы кислорода, водорода и их соединений 
4.1 Коллоидно-химический метод "Экосервис" Менее 10-5 М Менее 10-5 М (3.0±1,0)·10 -5 М 
4.2 Биохимичесикй метод Биофака МГУ им. М.В.Ломоносова - - 10-6?10-5 М 
(*) Условия кондиционирования питьевой воды см. данные фиг.5 и табл.1 Концентрация О3, определенная во всех пробах воды по типовой методике СаНПиН 2.1.4.1116-02 не превышала 0,1 мг О3/л H2O (?2·10 -6 М) 


Анализ данных табл.2 показывает, что в кондиционированной питьевой воде количественное значение концентраций пероксида водорода известным физико - химическим методом [16, с.484] не определяется.

Невоспроизводимость результатов анализов при низких концентрациях H2O 2 связана с колебанием микроколичеств активной формы соединения H2O2 между устойчивыми соединениями: жидкой водой Н4O2 и водно-кислородными комплексами, находящимися в кондиционированной кислородосодержащей питьевой воде.

Для выявления пороговой концентрации в кондиционированной опытно-промышленной установкой питьевой воде, при которой методом [16, с.448] можно количественно определить С Н2O 2, нами было проведено исследование влияния добавки в кондиционированную питьевую воду фиксированного объема 3% раствора H2 O2 (с использованием трубопровода -5- и шарового крана поз.20 опытно-промышленной установки см. фиг.2).

Полученные экспериментальные данные представлены в таблице 3.

Таблица 3 (*). 
Параметр качества питьевой воды, Кондиционированная на опытно - промышленной установке питьевая вода 
метод анализа параметра Кислородный газ Кислородосодержащая парогазовая смесь [6] 1:1 
Добавка в воду 50 мг Н 2O2 на 1 л H2 O Добавка в воду 30 мг H 2O2 на 1 л H2 O Добавка в воду 20 мг H 2O2 на 1 л H2 O Добавка в воду 50 мг H 2O2 на 1 л H2 O Добавка вводу 30 мг H2 O2 на 1 л H2O Добавка в воду 20 мг H2 O2 на 1 л H2O 
1 2 3 4 5 6 7 
Концентрация в кондиционированной питьевой воде Н2O 2, мг H2O2/л H2O, определенная методом [16, с.484] 30±20 15±15 Пороговая концентрация ?5·10 -4 М 30±20 15±15 Пороговая концентрация ?5·10 -4 М 
(*) условия кондиционирования питьевой воды см. фиг.5 и табл.1 


Анализ данных табл. 3 показывает, что метод [16, с.484] определяет количественно концентрацию пероксида водорода в пересыщенной кислородом питьевой воде при навеске H2O2 , не превышающей 20 мг H2O2/л H2 O. При концентрациях ниже этого значения метод не имеет воспроизводимых результатов анализа.

Отметим, что для артезианской воды (С О2?2,0±0,5 мг O2/л H2 O) порог количественного определения С H2O2 физико - химическим методом [16, с.484] смещает в сторону увеличения навески H2O2 в 1,5 раза (до 30 мг H 2O2/л H2O), что указывает о высокой чистоте пересыщенной кислородом питьевой воды.

Данные по определению активных форм кислорода, водорода и их соединений высокочувствительным коллоидно-химическим методом анализа предприятия "Экосервис" представлены фиг.6.

Нами был использован интервал концентраций AgCl суспензии метода анализа предприятия "Экосервис" от 6,0 до 1,4 мг Ag+ на 1 л питьевой воды. Концентрация ионов Ag+ измеряли титрометрическим методом, предварительно отделив коллоидно-механический осадок, ультрафильтрационной мембраной (с последующим его смыванием с мембраны и растворением в водном растворе HNO3). Пробы кондиционированной питьевой воды, насыщенной кислородом воздуха (9 мг O2/л H2O) и пересыщенной кислородом парогазовой смеси H2O2+O2 (34±2 мг O2/л H2O, см. табл.1), ставили на анализ одновременно. Пробы воды поз.1, 2 (см. фиг.6) помещали в темноту, пробы воды поз.1*, 2* - под УФ-свет ртутной лампы ( =254 нм). Зависимость поз.1,1* фиг.6 относятся к питьевой воде насыщенной кислородом воздуха, зависимость поз.2,2* к питьевой воде, пересыщенной кислородом парогазовой смеси [6] 1:1

Концентрацию активных форм кислорода, водорода и их соединений в пересыщенной кислородом питьевой воде ( С акт) определяли при полном просветлении коллоидно-механического раствора соли AgCl в воде насыщенной кислородом воздуха (проба поз.1*).

Количественно концентрацию С акт. рассчитывали по формуле:



где: C1 и С2 - соответственно концентрация суспензии AgCl в питьевой воде неосвещенных УФ-светом пробах;

C1* и С2* - соответственно концентрация суспензии AgCl в питьевой воде освещенных УФ-светом пробах;

Индексы "1" и "2" относятся соответственно к насыщенной и пересыщенной кислородом питьевой воде.

Полученные в табл.3, фиг.6, работе [19], экспериментальные данные показывают, что аномальные свойства парогазовой смеси [6] реально проявляются при ее смешивании с питьевой водой. В первом приближении количественно уровень концентраций активных форм кислорода, водорода и их соединений определен величиной от 10-6 до 3·10-5 М. На основании биохимических исследований [18] эта концентрация безопасна для живых клеток.

Аномальные свойства пересыщенной кислородом парогазовой смеси H2O2+O2 питьевой, воды должны проявляться при розливе воды в нормальных условиях в герметичную пластмассовую или стеклянную тару, в первую очередь по показателю "увеличение срока сохранности концентрации растворенного в воде кислорода".

Из-за отсутствия сопоставимых данных о сроках сохранности растворенного в питьевой воде высшей категории кислорода нами было проведено исследование этого важного для потребителей, с точки зрения качества питьевой воды, показателя на установке кондиционирования и розлива питьевых вод фиг.2.

При розливе на установке фиг.2 кондиционированной кислородосодержащей питьевой воды в бутыли были использованы: трубопровод -3-, кран-дозатор, поз.18, типовые прозрачные пластмассовые бутыли емкостью до 5,0 л поз.19, пластмассовые пробки для герметизации бутыли, поз.7 (см. фиг.2).

Предварительно бутыли и крышки были стерилизованы реагентами, рекомендованными СаНПиН 2.1.4.1116-02.

Для кондиционирования питьевых вод кислородом в установке, фиг.2, были использованы ранее исследованные кислородосодержащие смеси: воздух, кислородный газ, парогазовая смесь [6] 1:1.

Экспериментальные данные изменения концентраций растворенного в воде кислорода (СО2) во времени ( ) при хранении кондиционированной кислородосодержащей питьевой воды в герметичных бутылях представлены на фиг.7.

Зависимость C O2=f ( ), поз.1 (см. фиг.7), получена для воздуха, зависимость C O2=f ( ), поз.2 и поз.3 - соответственно для кислородного газа и парогазовой смеси [6] 1:1.

Анализ экспериментальных данных, фиг.7, показывает, что в пересыщенной кислородом парогазовой смеси [6] 1:1 бутилированной питьевой воде гарантирован срок сохранности высшей категории качества питьевой воды

СаНПиН 2.1.4.1116-02 по растворенному кислороду не менее 6 месяцев при хранении в нормальных условиях (см. зависимость CO2 =f ( ), поз.3 фиг.7). С применением известных кислородосодержащих смесей [3?5] бутилированная кислородосодержащая питьевая вода имела срок сохранности растворенного в воде кислорода (не менее 9 мг O2/л H2O при н.у.) не более 1 месяца (см. зависимость CO2=f ( ) поз.1 и поз.2 фиг.7)

Поскольку аномально длительный во времени срок сохранности высоких концентраций растворенного в воде кислорода (не менее 9 мг O2/л H2 O при н.у.) из полученных данных, фиг.7, связан с водно-кислородными комплексами и активными формами кислорода, водорода, то возникла необходимость дополнительного исследования свойств известной активной формы соединения кислорода с водородом H2 O2 выделять в жидкую воду кислород [16, с.60-61].

Контрольные испытания влияния добавки водного 3% раствора H2O2 в кондиционируемую питьевую воду, исходя из возможности количественного анализа пероксида водорода (см. данные табл.3), представлены в таблица 4.

Таблица 4 (*). 
Время хранения бутилированной питьевой Количество добавки H2O2 в кондиционированную воду 30 мг H2O 2/л H2O (С H2 O2=15±15 мг H2 O2/л H2O) Количество добавки H2O2 в кондиционированную воду 50 мг H2O 2/л H2O (С Н2 O2=30±20 мг H2 O2/л H2O) 
воды, , часы, дни С О2 в бутилированной питьевой воде, кондиционированной кислородным газом, мл O2/л H2 O С O2 в бутилированной питьевой воде, кондиционированной парогазовой смесью [6] 1:1 мл O2/л H2O C O2 в бутилированной питьевой воде, кондиционированной кислородным газом, мл O2/л H 2O C O2 в бутилированной питьевой воде, кондиционированной парогазовой смесью [6] 1:1 мл O2/Л H2O 
1 2 3 4 5 
0-0,5 часов 29,0±0,5 32,0±0,5 30,5±0,5 34,0±0,5 
0.5-1,0 час 28,0±0,5 34,0±0,5 29,0±0,5 35,5±0,5 
1.0-2,0 часа 27,0±0,5 33,0±0,5 28,0±0,5 34,5±0,5 
12 часов 24,0±0,5 31,0±0,5 25,0±0,5 32,5±0,5 
1 день 22,0±0,5 29,0±0,5 23,0±0,5 30,5±0,5 
5 дней 18,0±0,5 25,0±0,5 19,0±0,5 26,0±0,5 
10 дней 14,0±0,5 22,0±0,5 15,0±0,5 23,0±0,5 
20 дней 12,0±0,5 18,0±0,5 13,0±0,5 19,0±0,5 
30 дней 8,0±0,5 16,0±0,5 8,0±0,5 16,0±0,5 
60 дней 7,0±0,5 14,0±0,5 7,0±0,5 14,0±0,5 
90 дней 7,0±0,5 13,0±0,5 7,0±0,5 13,0±0,5 
120 дней 6,0±0,5 11,0±0,5 6,0±0,5 11,0±0,5 
180 дней 6,0±0,5 10,0±0,5 6,0±0,5 10,0±0,5 
(*) Условия эксперимента см. табл.3, фиг.7 
С H2O2 замерена в свежеприготовленной бутилированной питьевой воде ( 24 часов). 


Анализ данных табл.4 показывает, что добавка H2O2 в кондиционируемую установкой фиг.2 питьевую воду в количестве до 30 мг O2 /л H2O (С H2O2?10-3 М) не влияет на пересыщение бутилированной питьевой воды кислородом парогазовой смеси [6] 1:1 при их смешивании и не влияет на высокий срок сохранности высокой концентрации растворенного в воде кислорода (не менее 9 мг O2/л H2O при н.у.).

При добавке в кондиционируемую питьевую воду 50 мг H2 O2/л H2O и более, наблюдается прирост по отношению к контрольному образцу (для добавки 50 мг H2 O2/л H2O - около 3%, см. табл.4).

Так как минимальная концентрация H2O2 в кондиционируемой питьевой воде, оказывающая влияние на пересыщение питьевой воды кислородом была равна ?10-3 М (на 2-3 порядка превышала уровень концентрации активных форм кислорода, водорода и их соединений в парогазовой смеси [6], см. данные табл.2), то полученные экспериментальные данные табл.4 доказывают, что основной механизм пересыщения жидкой воды парогазовой смесью [6] и ее аномальные свойства определяют устойчивые в питьевой воде водно-кислородные комплексы [(O4 4- )·4H3O+]·n H2O и 2(Н 10O8)* предсказанные теорией.

Физико-химические свойства кондиционированной питьевой воды заявленного технического решения в сравнении с физико-химическими исходной питьевой воды представлены экспериментальными данными таблицы 5, полученных нами с участием Центра испытаний питьевых вод г.Краснодара.

Таблица 5 (*). 
№ поз. Физико-химический параметр бутилированной питьевой воды (при н.у.) Исходная питьевая вода Кондиционированная парогазовой смесью [6] 1:1 питьевая вода Примечание 
1 2 3 4 5 
1 Плотность, г/см3 0,995±0,003 0,995±0,003 
2 Удельное электрическое сопротивление. кОм см 1,7±0,2 1,7±0,3 
3 Температура кипения, °С 99,5±0,5 99,0±1,0 
4 Температура замерзания воды в прозрачной пластиковой бутыли емкостью 5,0 литров (время замораживания 7 дней), °С -(1?3) (*) -(5?7) (*) (*) - пробы поставлены в холодильную камеру одновременно. Содержание незамороженной в течение 7 дней в герметичной бутыли воды определено уровнем ?10±5% 
5 Привкус питьевой воды Без привкуса Привкус свежей талой снеговой воды 
6 Образование осадка при кипячении в Эмалированном сосуде Образуется белый осадок на дне и стенках сосуда Образуется белый осадок на дне и стенках сосуда Анализ солей жесткости и соединений кремния проведен типовыми методами рекомендованными СаНПиН 2.1.4.1116-02 РФ 


Таблица 5 (*) (продолжение). 
l 2 3 4 5 
7 Основной состав осадка, полученного при кипячении воды п.6 (начальный объем воды 5,0 л, объем выпаренной воды ?4,6 л) Са(ОН) 2 Mg(OH)2 SiO2 (Ca2++Mg2+)--(15±3) мг SiO2 - следы Са(ОН) 2 Mg(OH)2 SiO2 - 20% (Ca2++Mg2+ )--(10±3) мг SiO2-(2±l) мг 
8 Образование осадка в бутилированной питьевой воде после размораживания льда в герметичной полимерной бутыли при нормальных условиях (бутилированная питьевая вода была заморожена в течение суток при t=-(20±1)°С в холодильной камере (**) Следы рыхлого (аморфного) бело-серого осадка (Са+ Mg+Si) Рыхлый бело-серый осадок (**) Концентрация основных компонентов осадка не менее 0,1 мг/л в размороженной H2O 
(***) (***) 
9 Основной состав осадка, полученного после размораживания бутилированной питьевой воды, п.8 - Са(ОН) 2 Mg(OH)2 SiO2 - 30% Концентрация (Ca2+ +Mg2+)-?4?6 мг/л H 2O Концентрация SiO2 ?1?3 мг/л в размороженной H2O 
(*) Условия получения кислородосодержащей питьевой воды, табл.1 и фиг.5. 


На основании экспериментальных данных табл.5 (поз.4) пересыщенная кислородом парогазовой смеси [6] кондиционированная питьевая вода находится в переохлажденном на 3?5°С состоянии. Рассчитанное по данным таблицы 5 значение Н4O2 (5±1)·10-4 эВ совпадает с точностью ±25% с использованным в теории [12, с.318], подтверждая экспериментально интервал n H 2O 40000±20000.

Данные табл.5 (поз.4) говорят о наличии в кондиционированной питьевой воде заявленного технического решения "горячих" (энергообогащенных) водно-кислородных комплексов, поддерживающих жидкое состояние воды в интервале температур от 0 до -7°С.

Для "перегрева" жидкой воды известным энергообогащенным, кислородовыделяющим веществом H2O2 с [16, с.63] необходимо n*·Н4O2 =1,02 эВ:(5·10-4) эВ=2·103 молекул Н4O2. Иными словами, концентрация молекул пероксида водорода H2O2 в питьевой воде, обеспечивающая "перегрев" жидкой воды на 3?5°С, должна превышать 10-2 М.

Полученный результат доказывает, что известными техническими решениями невозможно достигнуть в пересыщенной кислородом питьевой воде экологически безопасного для живых клеток уровня активных форм кислорода, водорода и их соединений.

На основании рассмотренного выше материала заявители считают, что техническая задача решена в полном объеме.

Техническое решение подготовлено для сертификации на уровне органов надзора за питьевыми водами Российской Федерации и к внедрению в промышленном производстве высококачественных кислородосодержащих питьевых вод.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. - Киев, "Наукова Думка", 1983, 528 с.

2. Кульский Л.А. Основы химии и технологии воды. - Киев, "Наукова Думка", 1991, 568 с.

3. Джеффери Крандеил и другие. Метод для получения оксигенированной воды. Патент США №6284293 В1 (НКИ 426/67) 04.09.2001 г.;

Хехтль Кристиан. Производство питьевой воды длительного хранения, разлитой в бутыли, насыщенной кислородом воздуха. Патент Германии №1047826, C 02 F 1/68 (НКИ BG 7 D 1/00 Н 4 С), 16.10.1998 г.

4. Обзоры компаний "Aqua Rush", "Aqua Clara", "Life - O2 " "Бутилированная кислородонасыщенная вода". Система информации "Интернет" htt://www aqua rush com., http://www aqua clara com., http://www life - O2 com.

5. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества: Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. - М.: Федеральный центр госсанэпидемнадзора Минздрава России, 2002, 27 с. (СаНПиН 2.1.4.1116-02). Методические указания по внедрению и применению санитарных правил и нормативов СаНПиН 2.1.4.1116-02 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества" МУ 2.1.4.1184-03. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003, 63 с.

6. Зыков Е.Д., Щербаков В.Н. Плазмохимотронный способ получения парогазовой смеси H2O2 +O2. Патент России №2171863 (С2) С 25 В 1/30, С 25 В 1/04, C 02 F 1/46, 30.07.1998 г.

7. Гришин В.Г., Давыдов А.Д. Плазмодинамический реактор для нейтрализации протонов и дейтронов в природной воде. Мат. 9-й Росс. конф. по холодной трансмутации ядер химических элементов (РХТЯ - 9), Дагомыс, Сочи 30 сентября - 7 октября 2001 г. - М., 2002, с.109.

8. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. - Л., Изд-во "Химия", 1977, 376 с.

9. Краткий справочник физико-химических величин. Под. ред. Мищенко К.П. и Равделя А.А. - Л.: Химия, 1977, 376 с.

10. Протасов Ю.С., Чувашев С.Н. Физическая электроника газоразрядных устройств (ч.I, Плазменная электроника). - М.: Высшая школа, 1993, 240 с.

11. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1976, 552 с.

12. Химия. Большой энциклопедический словарь. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1998, 791 с.

13. Международный симпозиум "Перестройка естествознания", Москва 20-24 апреля 2001 г. Зыков Е.Д. и сотрудники. Доклад "Супервода - O2 - новое состояние вещества". Аннотация доклада опубликована в журнале "На грани невозможного", №13, 2001, с.9. ("Супервода H10O8").

14. Охлобыстин О.Ю. Жизнь и смерть химических идей. - М.: Наука, 1989, 192 с.

15. Михайленко Я. II. Курс общей и неорганической химии. - М.: Высшая школа, 1966, 664 с.

16. Перекись водорода и перекисные соединения. Под ред. Позина М.Е. М. - Л.: ГНТИ химической литературы, 1951, 432 с.

17. Уильям Дуглас. Целительные свойства перекиси водорода. - Санкт-Петербург: Питер, 1998, 192 с.

18. Коургио Эн-мэрик и другие. Перекись водорода (H 2О2) индуцирует актин и некоторые белки теплового шока в клетках дрозофилы. "Eur J. Biochem"., 1988, 171, №1-2, р.163-170 (Аннотация статьи, см. Реферативный журнал "Биология", 7Т440, 1988 г.).

19. Воейков В.Л., Новиков К.Н. Хемилюминесцентный анализ питьевой воды, оксигенированной в плазмохимотронном реакторе. Международная конференция "Новые технологии в защите биоразнообразия в водных экосистемах" - М., МГУ им. М.В.Ломоносова (тезисы докладов), 2002, с.16-22.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Кондиционированная питьевая вода высшей категории качества, включающая жизненно важные для организма человека показатели:

Общая минерализация 100-1000 мг/л 
Жесткость 1,5-7,0 мг-экв/л 
Щелочность 0,5-6,5 мг-экв/л 
Содержание ионов Na+ 20-200 мг/л 
Содержание ионов K+ 2-20 мг/л 
Содержание ионов Са2+ 25-130 мг/л 
Содержание ионов Mg2+ 5-50 мг/л 
Содержание ионов НСО3- 30-400 мг/л 
Содержание ионов F - 0,5-1,5 мг/л 
Содержание ионов I- 0,01-0,125 мг/л 
рН 6,5-8,5 


а также растворенный в воде кислород, отличающаяся тем, что растворенный кислород находится при нормальных условиях в пересыщенном состоянии с концентрацией 10-40 мг О 2/л Н2О, полученном в результате смешивания исходной воды с кислородсодержащей парогазовой смесью, синтезированной плазмохимотронным методом.








ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru