способ получения биологически активной питьевой воды и установка вин-6 для его осуществления

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОЙ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И УСТАНОВКА ВИН-6 ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ получения биологически активной питьевой воды, включающий операции охлаждения исходной воды, последующего оттаивания замороженной воды и сбора талой воды, отличающийся тем, что пары исходной воды подвергают интенсивной откачке до достижения температуры исходной воды в интервале 0 - 1,9^oС, устанавливают режим слабого кипения исходной воды путем регулирования скорости откачки и производят стабилизацию указанной температуры исходной воды, после чего продолжают осуществлять испарение воды, подвергают замораживанию откачиваемые пары воды до момента уменьшения объема исходной воды не более чем на 70%, затем откачку прекращают и воздействуют на замороженные пары инфракрасным и ультрафиолетовым излучениями, осуществляют оттаивание паров и производят сбор талой воды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед воздействием на замороженные пары инфракрасным и ультрафиолетовым излучениями в зону замораживания подают активированный газ и создают в ней давление газа 0 - 3 избыточных атмосфер.

3. Установка для получения биологически активной питьевой воды, содержащая емкость для испарения исходной воды и средства охлаждения и нагрева с системой регулирования процессов охлаждения и нагрева, отличающаяся тем, что она снабжена герметичной камерой, состоящей из верхней и нижней частей с возможностью их разъема посредством механизма подъема верхней части, системами вакуумирования и подачи активированного газа, соединенными с камерой, и конической емкостью для сбора талой воды, установленной с зазором внутри емкости для испарения исходной воды, выполненной в виде кольцевого стакана, а средства охлаждения и нагрева выполнены в виде трубчатой спирали, размещенной в кольцевом зазоре между емкостями и соединенной соответственно либо с источником теплоносителя, либо с источником хладагента, при этом обе емкости и средства нагрева и охлаждения расположены в нижней части камеры, верхняя часть камеры снабжена блоком излучения и устройством для замораживания и конденсации паров исходной воды, расположенным над емкостями и выполненным в виде установленных одна над другой пластин тарельчатой формы, обращенных днищами к емкостям, при этом в пластинах выполнены полости для прохождения хладагента или теплоносителя, а каждая вторая пластина, начиная с нижней, размещена относительно стенок камеры без зазора и имеет центральное отверстие в днище, остальные пластины установлены относительно стенок камеры с зазором, площадь которого соответствует площади центрального отверстия соседней пластины, и имеют перфорированные днища.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что блок излучения выполнен в виде вертикально установленных по периферии тарельчатых пластин ламп инфракрасного и ультрафиолетового излучения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки воды, в частности к средствам получения питьевой воды с улучшенными биологическими свойствами.

Известен способ получения питьевой воды путем замораживания исходной воды с дальнейшем ее нагревом и получением талой воды, позволяющий снизить содержание тяжелых металлов и радиоактивных ионов в талой воде [1]. Однако данный способ не позволяет снизить содержание растворенных в воде газов вредных веществ и концентрацию тяжелой воды.

Известна установка для получения биологически активной воды, включающей емкость для испарения исходной воды, дополнительный резервуар для сбора дегазированной воды, поступившей из емкости для испарения исходной воды, и средства нагрева и охлаждения [2].

Данная установка позволяет повысить качество получаемой воды, но не позволяет удалить из исходной воды соединения тяжелых изотопов водорода, таких как дейтерий и тритий. Кроме того, в получаемой воде остаются растворенные в ней газы всевозможных вредных веществ.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что он включает операции охлаждения воды и последующего оттаивания замороженной воды, согласно изобретению, пары исходной воды подвергают интенсивной откачке до достижения температуры исходной воды в интервале от 0 до 1,9^оС, затем устанавливают режим слабого кипения исходной воды путем регулирования скорости откачки и производят стабилизацию указанной температуры исходной воды, после чего продолжают осуществлять испарение воды, подвергают замораживанию откачиваемые пары воды до момента уменьшения объема исходной воды не более чем на 70% , затем откачку прекращают и воздействуют на замороженные пары инфракрасным и ультрафиолетовым излучением, осуществляют оттаивание паров и сбор талой воды.

Особенностью предлагаемого способа является и то, что для повышения качества получаемой воды перед воздействием на замороженные пары воды инфракрасным и ультрафиолетовым излучением подают активированный газ (например, озон или ксенон, или их смесь) в зону замораживания и создают в ней давление газа величиной от 0 до 3 избыточных атмосфер.

Сущность конструкции предлагаемой установки для реализации описанного способа состоит в том, что она содержит емкость для испарения исходной воды и средства для нагрева и охлаждения с системой регулирования процессов нагрева и охлаждения, согласно изобретению, установка снабжена герметичной камерой, состоящей из верхней и нижней частей с возможностью их разъема посредством механизма подъема верхней части, системами вакуумирования и подачи активированного газа, соединенными с камерой, и конической емкостью для сбора талой воды, установленной с зазором внутри емкости для испарения исходной воды, выполненной в виде кольцевого стакана, а средство нагрева и охлаждения выполнено в виде трубчатой спирали, размещенной в кольцевом зазоре между емкостями и соединенной соответственно либо с источником теплоносителя, либо с источником хладагента, при этом обе емкости и средства нагрева и охлаждения расположены в нижней части камеры, верхняя часть камеры снабжена блоком излучения и устройством замораживания и конденсации паров исходной воды, расположенным над емкостями и выполненным в виде установленных одна над другой пластин тарельчатой формы, обращенных днищами к емкостям, при этом в пластинах выполнены полости для прохождения хладагента или теплоносителя, а каждая вторая пластина, начиная с нижней, размещена относительно стенок камеры без зазора и имеет центральное отверстие в днище, остальные пластины установлены относительно стенок камеры с зазором, площадь которого соответствует площади центрального отверстия соседней пластины, и имеют перфорированные днища.

Отличительной особенностью предложенной установки является и то, что блок излучения выполнен в виде вертикально установленных по периферии тарельчатых пластин ламп инфракрасного и ультрафиолетового излучений.

Суть процессов, протекающих в соответствии с операциями предлагаемого способа, состоит в следующем.

Пары исходной воды подвергают интенсивной откачке, в результате чего осуществляется бурное кипение воды. При этом из воды выделяются газы вредных веществ. Удалению газов вредных веществ способствует свойство испаряемых молекул воды адсорбировать молекулы вредных веществ. Если не производить первоначальной откачки паров исходной воды, а одновременно с откачкой осуществлять их конденсацию, то неконденсируемые газы и другие вредные вещества, обычно растворенные в исходной воде, при последующем оттаивании конденсата будут переходить в талую воду. Одновременно с очищением исходной воды от вредных веществ протекает процесс снижения ее температуры до величины 0-1,9^оС. Нижний предел температуры (0^оС) соответствует температуре таяния льда, при которой еще возможно активное испарение воды. Верхнее значение (1,9^оС) температурного диапазона обусловлено следующим. В исходной воде находятся вредные для всего живого соединения тяжелых изотопов водорода-дейтерия и трития, а также растворенные в ней различные примеси. При смешивании легкой (Н₂О) и тяжелой (D₂O+T₂O) воды происходит изотопный обмен: H₂O+D₂O = 2HDO, H₂O+T₂O = 2HTO. Поэтому дейтерий и тритий в обычной воде находятся не в форме D₂O и T₂O, а в форме HDO и НТО. Температура перехода в твердое состояние (температура замерзания) для D₂O составляет 3,8^оС, а для Т₂О - 9^оС, HDO и НТО замерзают соответственно при температурах 1,9 и 4,5^оС. Поскольку при температуре, меньшей или равной 1,9^оС, тяжелая вода переходит в менее активное состояние и имеет значительно меньшее парциальное давление, то при откачке паров исходной воды вначале испаряется легкая (протиевая) вода, имеющая более высокое парциальное давление, и только затем испаряется тяжелая вода с дейтерием и тритием. Поэтому за верхний предел температурного диапазона охлаждения исходной воды принята температура 1,9^оС. Экспериментально установлено, что в процессе откачки вне зависимости от объема исходной воды за время, необходимое для снижения ее температуры от комнатной (20^оС) до 1,9^оС, растворенные в воде газы вредных веществ практически полностью удаляются.

После завершения процесса интенсивности откачки паров исходной воды производят уменьшение скорости откачки и устанавливают режим слабого кипения исходной воды, затем производят стабилизацию температуры, после чего продолжают испарение, одновременно с чем подвергают замораживанию откачиваемые пары воды. В режиме слабого кипения исходной воды интенсивность парообразования снижается, вследствие чего практически весь пар замораживается и только незначительная его часть откачивается. Чем ниже температура замораживания откачиваемых паров, тем выше эффективность процесса конденсации.

Замораживание (конденсацию) откачиваемых паров исходной воды ведут до уменьшения объема исходной воды не более чем на 70%. Это обусловлено следующим. После испарения указанного объема воды в маточном растворе остается преимущественно тяжелая вода с дейтерием и тритием. Помимо дейтерия и трития в маточном растворе остаются соли тяжелых металлов, нитраты, гидрокарбонаты, диоксины и другие вредные вещества. Согласно проведенным исследованиям объем маточного раствора при указанной температуре составляет 30% от объема исходной воды. Если продолжать испарение исходной воды, когда ее первоначальный объем уменьшится на 70%, то начинает испаряться тяжелая вода и в замороженных парах воды обнаруживается существенное присутствие трития, концентрация которого возрастает по мере продолжения процесса конденсации.

Анализ замороженных паров исходной воды, полученных в соответствии с предлагаемым способом, показал, что в них содержится в 2-3 раза меньше дейтерия, чем в исходной воде, а тритий практически полностью отсутствует. Из проведенных экспериментов следует также, что трехкратно повторяя процесс получения биологически активной воды по предлагаемому способу, можно получить воду, в которой содержание вредных веществ составляет ничтожно малую величину, не регистрируемую современными измерительными приборами.

После окончания процесса замораживания откачиваемых паров исходной воды при уменьшении ее объема на 70% откачку прекращают и воздействуют на замороженные пары воды инфракрасным и ультрафиолетовым излучением, что усиливает биологическую активность получаемой талой воды. Замороженные пары воды подвергают таянию и производят сбор талой воды.

Повысить качество получаемой талой воды возможно путем ее насыщения активированными газами, например озоном или ксеноном. Для этого перед воздействием инфракрасным и ультрафиолетовым излучением на замороженные пары воды в зону замораживания подают активированный газ и создают там давление от 0 до 3 избыточных атмосфер. В этом случае пары воды в замороженном состоянии поглощают активированный газ, насыщаясь им. Подача активированного газа под избыточным давлением до трех атмосфер позволяет значительно (примерно в 2,5 раза) уменьшить время насыщения. Дальнейшее увеличение избыточного давления активированного газа нецелесообразно, поскольку это существенно усложняет конструкцию вакуумной камеры и технологию ее изготовления.

На чертеже схематически показана установка для получения биологически активной питьевой воды.

Установка для получения биологически активной питьевой воды содержит вакуумную камеру 1, связанную с системой вакуумирования, включающей в себя водокольцевой вакуумный насос 2, регулировочный клапан 3, всасывающий патрубок 4, блок измерения разряжения в камере и блок 5 напуска активированного газа в камеру 2 через натекатель 6.

Камера 1 состоит из двух частей - верхней 7 и нижней 8. Между ними размещена базовая плита 9, через которую осуществляется ввод коммуникаций в верхнюю часть 7 камеры 1. Верхняя часть 1 камеры выполнена с двойными стенками 10 и 11, пространство между которыми вакуумируется (для теплоизоляции), и снабжена тремя иллюминаторами 12, позволяющими вести наблюдение за технологическим процессом в вакуумной камере, а также скреплена с подвижным штоком 13 механизма подъема 14, который позволяет существенно упростить эксплуатацию и обслуживание установки. В нижней части 8 камеры 1 расположена емкость 15 для испарения исходной воды и емкость 16 для сбора талой воды. Кроме того, нижняя часть 8 камеры 1 снабжена запорным вентилем 17, предназначенным для слива конденсата, стекающего со стенок корпуса. Емкость 15 выполнена в виде кольцевого стакана, внутри которого расположена емкость 16, и опирается на базовую плиту 9 через установленные с шагом теплоизолирующие прокладки 18. Такое расположение емкостей 15 и 16 способствует компактности установки.

Средство для охлаждения и нагрева исходной воды выполнено в виде трубчатой спирали 19, размещенной внутри кольцевого стакана 15 в кольцевом зазоре между емкостями 15 и 16 и соединенной с источником хладагента 20 (например, сосудом Дьюара с жидким азотом) и источником 21 теплоносителя (например, водопроводом центральной системы). Размещение этого средства внутри емкости 15 для испарения исходной воды сокращает время охлаждения исходной воды и повышает экономичность установки за счет снижения расхода хладагента.

Емкость 15 соединена с запорным вентилем 22, предназначенным для подачи исходной воды и слива остатка воды после завершения технологического процесса получения биологически активной воды, а емкость 16 снабжена запорным вентилем 23, через который осуществляется слив биологически активной воды.

В верхней части 7 камеры 1 установлены блок излучений, выполненный в виде вертикально установленных ламп 24 инфракрасного и ультрафиолетового излучения и устройство 25 для конденсации и замораживания паров исходной воды, которое расположено над емкостями 15 и 16 и выполнено в виде установочных одна над другой пластин 26 тарельчатой формы, обращенных своими днищами 27 и емкостям 15 и 16 и имеющих полости 28 для пропускания хладагента или теплоносителя от источников 20 и 21 через регуляторы потока 29 и 30. Параллельно регуляторам потока 29 и 30 установлены регуляторы потока 31 и 32, предназначенные для подачи хладагента или теплоносителя в трубчатую спираль 19 емкости 15 для испарения исходной воды. Каждая вторая пластина 33, начиная с нижней пластины 34, размещена без зазора относительно стенки 11 верхней части 7 камеры 1 и имеет в днище центральное отверстие 35. Остальные пластины 26, 34, 36 и 37 расположены относительно стенки 11 верхней части 7 камеры 1 с зазором, площадь которого соответствует площади центрального отверстия 35, и имеют перфорированные днища 27, в которых суммарная площадь отверстий существенно меньше площади центрального отверстия 35. Такое расположение пластин позволяет осуществить принудительную циркуляцию откачиваемых паров исходной воды между поверхностями пластин, что повышает эффективность конденсации и увеличивает производительность установки. Тарельчатая форма указанных пластин с перфорированными днищами позволяет производить сток талой воды от пластины к пластине и, в конечном итоге, в емкость для сбора талой воды. Пластины изготавливаются из теплопроводного материала, например меди с покрытием серебром.

Блок излучения, выполненный в виде беличьего колеса, состоящего из вертикально установленных ламп 24 инфракрасного и ультрафиолетового излучений, расположенных по периферии пластин устройства 25 для конденсации и замораживания паров исходной воды. Такое расположение ламп 24 обеспечивает достаточно равномерное распределение лучистой энергии по поверхности конденсата на всех пластинах.

Установка также снабжена системой терморегулирования, включающей термопару 38, закрепленную на устройстве для испарения и конденсации паров исходной воды, термопару 39, установленную в емкости для испарения исходной воды, потенциометр 40 типа ПП-63 и регуляторы потока 29-32.

П р и м е р. Емкость 15 через вентиль 22 заполняют исходной водой из водопроводной сети. Затем с помощью механизма подъема 14 верхнюю часть 7 камеры 1 отпускают на базовую плиту 9 и герметизируют. Включают водокольцевой вакуумный насос 2 и с помощью регулировочного клапана 3 устанавливают режим максимальной скорости откачки паров исходной воды, которая начинает быстро испаряться, поглощая тепло, и ее температура понижается до значения 0-1,9^оС. Одновременно с этим из исходной воды выделяются газы вредных веществ, которые откачиваются вместе с парами воды. После достижения температуры воды 1,9^оС регулировочным клапаном 3 уменьшается скорость откачки, устанавливая, таким образом, режим слабого кипения исходной воды, который контролируется наблюдением через иллюминаторы 12, и производят стабилизацию температуры исходной воды в диапазоне 0-1,9^оС, подавая в трубчатую спираль 19 через регуляторы потока 31 из сосуда Дьюара 20 пары жидкого азота. Контроль температуры исходной воды осуществляют посредством термопары 39 и потенциометра 40.

Затем из сосуда Дьюара 20 через регулятор потока 30 подают пары жидкого азота в устройство 25 для конденсации и замораживания паров исходной воды. Откачиваемые поток паров исходной воды обтекает пластины 26 тарельчатой формы и конденсируется на их металлических поверхностях. Температура захоложения пластин устанавливается исходя из возможностей применяемого оборудования и из условия: чем ниже температура пластин, тем с меньшими потерями паров осуществляется процесс конденсации. Контроль температуры осуществляется термопарой 38.

Конденсацию паров исходной воды осуществляют до уменьшения объема исходной воды не более чем на 7,%. Контроль уровня исходной воды проводят визуально через иллюминаторы 12 по меткам, нанесенным на внутренней поверхности кольцевого стакана 15. Затем откачку прекращают, выключив вакуумный насос 2, и воздействуют на замороженные пары воды инфракрасным и ультрафиолетовым излучением посредством ламп 24, при этом происходит таяние и давление в вакуумной камере достигает величины атмосферного давления, что позволяет произвести слив талой воды из емкости 16 через вентиль 23.

Для получения талой воды, насыщенной активированными газами, перед воздействием на замороженные пары воды инфракрасным и ультрафиолетовым излучением подают активированный газ из блока 5 через вентиль 6 в зону замораживания при давлении от 0 до 3 избыточных атмосфер.

Далее через вентиль 22 производят слив оставшейся в емкости 15 исходной воды, а через вентиль 17 - слив конденсата, стекшего в нижнюю часть корпуса 8 со стенок вакуумной камеры. Затем емкость 15 промывают чистой водой и установка готова к получению нового объема биологически активной питьевой воды.

Таким образом, предлагаемый способ и установка для его осуществления позволяют очистить исходную воду от растворенных в ней газов вредных веществ, существенно уменьшить содержание в ней вредных и ядовитых веществ, в том числе дейтерия и трития, осуществить насыщение ее активированными газами и обработать инфракрасным и ультрафиолетовым излучением, что, в конечном итоге, позволяет получать биологически активную питьевую воду.