СИСТЕМА ОЧИСТКИ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВОДЫ И ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕННОЙ ВОДЫ
SYSTEM FOR PURIFICATION AND REGULATION OF THE PHYSICO-CHEMICAL COMPOSITION OF WATER AND THE USE OF THE RESULTING WATER

Область техники
[0001] Конструктивные принципы и функциональные возможности настоящего изобретения относятся к области очистки, регулирования физико-химического состава и упаковки подщелоченной, ионизированной, озонированной, изотонической, обладающей антиоксидантной и детокс активностью, обогащенной магнием питьевой воды в не имеющей аналогов, экологически чистой таре посредством модульных, портативных и недорогих установок.
Уровень техники
[0002] На рынке представлены несколько систем, предназначенных для очистки и приспособления воды из различных источников с целью последующего потребления человеком.
[0003] Для потребления человеком подходит вода с концентрацией ионов водорода (количественно определяемой по значению рН) в диапазоне от 7 до 12 (предпочтительно от 8,5 до 10,5), а также с широким диапазоном содержания минеральных солей, главным образом магния, в диапазоне от 20 до 60 мг на литр воды, предпочтительно, выше 40 мг на литр.
[0004] Из уровня техники известны некоторые патентные документы, относящиеся к способам водоочистки, такие как китайский документ CN 205856183U, в котором описан способ очистки холодной воды без дальнейшего использования для потребления человеком. В качестве еще одного примера можно привести патентный документ CN 103880213, в котором также описан способ очистки холодной воды, включающий очень большие установки, но не решена задача обеспечения подходящей упаковки, упрощающей конкурентный доступ к потребителю. Что касается упаковки, авторами настоящего изобретения найден североамериканский документ US 8303182B2, описывающий упаковки из смеси полимеров с двумя сварными швами и с большим количеством твердых отходов на единицу объема жидкости.
[0005] Известные из уровня техники решения включают оборудование и способы, осуществляемые на крупномасштабных установках, которые требуют больших инвестиций в землю и инфраструктуру, а также высоких постоянных расходов. Следовательно, существует потребность в промышленной системе очистки, регулирования физико-химического состава и упаковки питьевой воды, имеющей уменьшенные масштабы, что позволило бы разнообразить варианты ее установки, осуществлять эксплуатацию на небольшом участке с меньшими требованиями к инфраструктуре, и обеспечивать достижение большего удобства конечным потребителем.
2
[0006] При современном уровне техники все еще существует потребность в более полезной для здоровья питьевой воде, упакованной в экологически чистую герметичную тару, пригодную для повторного использования и с меньшим количеством твердых отходов на мл воды, более энергетически эффективную и с более низким уровнем выбросов СO при производстве, заморозке и транспортировке, которую получают посредством системы, установленной и эксплуатируемой на небольшом участке, и предъявляющей минимальные требования к инфраструктуре.
Раскрытие сущности изобретения
[0007] Настоящее изобретение относится к системе очистки, регулирования физико-химического состава и упаковки питьевой воды, содержащей следующие составные части:
[0008] Насос (1), забирающий воду из грунтовых вод или другого источника воды и сохраняющий ее в резервуаре (2), насос высокого давления (3), теплообменник (4) с чередующимися пластинами; песочный фильтр высокого давления (5); фильтр с активированным углем высокого давления (6); ионообменный фильтр (7); средства регулирования концентрации ионов водорода (8) (не показано на фигуре); фильтр тонкой очистки (9); двухпроходная установка обратного осмоса (10); датчик концентрации ионов водорода (11), соединенный со средствами регулирования концентрации ионов водорода (8); резервуар для хранения (12); второй насос высокого давления (13); система озонирования (14); средства для добавления минеральных солей (15); средства для добавления солей магния (16); резервуар для хранения (17); и комплекс аппаратов для фасовки единичных упаковок (18) в виде пакетов (30), состоящих из смеси ПЭНП и ПЭНП с линейной структурой мономеров, предназначенных для однократного заполнения, включающих швы холодной сварки (31), при этом контур указанных швов в основном имитирует форму бутылки с горлышком (34), и линию (36) для указания наилучшего способа открывания пользователем пакета (30), который имеет снаружи напечатанные элементы (35), включающую полезную информацию для пользователей.
Объекты настоящего изобретения
2
[0009] Задачей настоящего изобретения является обеспечение охраны здоровья, охраны окружающей среды и социального развития посредством потребления воды людьми. Указанную подщелоченную воду получают из любого источника воды, такого как дождь, море, река, озеро или подземная вода, с минимальным потреблением энергии, сниженным выбросом СО, сниженными остатками пластика с помощью компактной системы, которая очищает, подщелачивает, подсаливает и озонирует бутилированную воду, с существенно меньшими инвестициями, инфраструктурными и эксплуатационными затратами, обеспечивающими ее серийную компактную установку по всему земному шару.
2
[00010] Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение воды более высокого и не имеющего аналогов качества для потребления человеком, которая упакована в экологически чистую, более термически эффективную тару с контролем несанкционированного вскрытия, пригодную для повторного использования, с наименьшим весом и объемом твердых отходов на мл упакованного количества воды, удобной для транспортировки и обработки с меньшим количеством выбросов СО и потреблением топлива, полученной посредством компактной упаковочной системы с минимальными требованиями к инфраструктуре, обеспечивающей серийную установку указанных систем по всему миру.
Краткое описание чертежей
- На фиг. 1 представлена блок-схема основных этапов способов, включенных в систему согласно настоящему изобретению.
- На фиг. 2 представлена последовательная система, сконструированная в соответствии с принципами настоящего изобретения.
- На фиг. 3 представлен вид сверху системы, показанной на фиг. 2, отображающий пространственное расположение оборудования системы согласно настоящему изобретению.
- На фиг. 4 представлен процесс наполнения (3) в соответствии с принципами настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
[00011] В первую очередь, необходимо подключить систему к источнику воды при комнатной температуре около 25°C, которая может поступать из грунта, рек, озер, морей, дождей и иных источников посредством работы насоса (1) под давлением от 0,1 до 0,3 атм, предпочтительно 0,2 атм, с переносом воды в резервуар из нержавеющей стали (2).
-2
[00012] При откачке из указанного резервуара (2) с помощью насоса высокого давления (3), работающего под давлением от 1 до 2 атм, предпочтительно 1,5 атм, вода достигает давления 1,5 атм и проходит через чередующиеся пластины теплообменника (4), в котором происходит первоначальный нагрев воды до температуры от 50 до 70°C, предпочтительно 60°C. Согласно литературным данным, при этих условиях вода имеет динамическую вязкость 0,4668 мПа/с и поверхностное натяжение около 6,6×10 Н/м. Эти изменения физико-химических свойств воды приводят к большей эффективности последующих процессов фильтрации. Затем нагретую воду под высоким давлением направляют на песочный фильтр высокого давления (5), который служит для удаления взвешенных твердых частиц размером от 20 до 100 микрон. После чего воду пропускают через фильтр с активированным углем высокого давления (6) и ионообменный фильтр (7).
[00013] При выходе из ионообменного фильтра (7) концентрацию ионов водорода регулируют подщелачиванием воды с помощью добавления определенных объемов сильных оснований, таких как, например, NaOH или KOH. Указанные средства для введения добавок не показаны на фиг. 2 и представляют собой два небольших резервуара, каждый из которых содержит водные растворы NaOH и KOH, и насосы для подачи их в поток свежей фильтрованной воды. Раствор NaOH в резервуаре должен иметь концентрацию в диапазоне от 8 до 12%, предпочтительно 10%, а раствор KOH должен иметь концентрацию в диапазоне от 8 до 12%, предпочтительно 10%. Такое добавление определенных объемов NaOH и/или KOH происходит в соответствии с показаниями датчика концентрации ионов водорода в воде (11), расположенного на выходе установки обратного осмоса.
+
+
[00014] Затем, после добавления определенных объемов NaOH и KOH с помощью насоса высокого давления с рабочим диапазоном от 8 до 10 атм, предпочтительно 9,5 атм, не указанным на фиг. 2, воду направляют в фильтр тонкой очистки (9), необходимый для удаления избытка катионов K и Na, добавленных в воду. На этом этапе температура воды составляет уже около 40°C, поскольку прохождение через последовательные фильтры приводит к потере тепла.
[00015] атем вода проходит через двухпроходную установку обратного осмоса (10).
[00016] После чего, как уже отмечалось выше, измеряют концентрацию ионов водорода с помощью датчика (11), расположенного в потоке воды и подключенного к средствам добавления сильного основания, такого как NaOH и КОН (8), и производят добавление соответствующего объема указанного основания до достижения желаемого значения pH. Впоследствии воду хранят в промежуточном резервуаре (12).
[00017] При откачке из резервуара (12) с помощью насоса (13), работающего в диапазоне от 0,1 до 0,3 атм, предпочтительно 0,2 атм, воду пропускают по трубам системы и обогащают озоном от генератора озона (14).
[00018] Затем в поток воды добавляют минеральные соли и соли магния с помощью средств добавления минеральных солей (15) и солей магния (16). Такие средства добавления соли включают 2 небольших резервуара, содержащих раствор минеральных солей и солей магния в каждом, и небольшие инфузионные насосы, не показанные на фигуре, для добавления желаемого количества минеральных солей и солей магния. Концентрация раствора минеральных солей может варьироваться от 20 до 40 мг/л, предпочтительно 30 мг/л, а концентрация раствора солей магния может варьироваться от 20 до 60 мг/л, предпочтительно 40 мг/л.
[00019] После чего воду хранят в конечном резервуаре (17) и затем подают в комплекс аппаратов для фасовки единичных упаковок (18).
2
3
[00020] Пример системы по настоящему изобретению представлен последовательной линией на фигуре 2. Такое оборудование пространственно расположено на площади 240 м с высотой 2 м при требуемом для установки оборудования объеме 480 м, как показано на фигуре 3. В другом варианте, система может работать от источника воды под давлением.
[00021] Теплообменник (4) с чередующимися пластинами служит для повышения температуры от 40 до 80°С, предпочтительно от 55 до 65°С, и, следовательно, для снижения плотности, поверхностного натяжения и вязкости, чтобы облегчить последующую стадию фильтрации.
[00022] После прохождения первого теплообменника с чередующимися платинами (11) вода c температурой от 40 до 60°C поступает на песочный фильтр (12), который служит для удаления взвешенных твердых частиц размером от 20 до 100 микрон. Протекание воды через данный элемент облегчено за счет снижения плотности, поверхностного натяжения и вязкости, которые обеспечены посредством предыдущего нагрева.
[00023] После прохождения песочного фильтра (12) вода поступает в фильтр с активированным углем (13), на этот раз с преднамеренно более низкой температурой, по возможности в диапазоне от 30 до 60°С, предпочтительно в диапазоне от 35 до 45°С, из-за потери тепла при прохождении через песочный фильтр. Назначение фильтра с активированным углем (13) состоит в удалении хлора, водорослей, окрашенных веществ, ароматических соединений и иных веществ, которые могут придавать воде странный вкус.
[00024] Далее вода поступает в ионообменный фильтр (14). На данном этапе вода протекает в тесном контакте с гранулами смолы катионита и анионита с большой поверхностью, предназначенных для удаления посредством химического сродства нежелательных ионов металлов, главным образом тяжелых металлов.
[00025] После прохождения ионообменного фильтра (14) в поток воды добавляют определенные объемы водных растворов сильных оснований, таких как, например, NaOH или KOH, для регулирования концентрации ионов водорода в соответствии с показаниями датчика (11) посредством средств добавления (8), не показанных на фигуре. Такие средства добавления представляют собой два небольших резервуара, каждый из которых содержит водные растворы NaOH и KOH, и насосы для добавления объемов таких растворов в свежую фильтрованную воду. Раствор NaOH в резервуаре должен иметь концентрацию в диапазоне от 8 до 12%, предпочтительно 10%, а раствор KOH должен иметь концентрацию в диапазоне от 8 до 12%, предпочтительно 10%.
+
+
[00026] Затем поток воды поступает в фильтр тонкой очистки (9), предназначенный для удерживания катионов K и Na, добавленных при регулировании величины pH.
[00027] После ионообменного фильтра воду направляют на двойную установку обратного осмоса (16), функция которой состоит в том, чтобы отделить через ультратонкие мембраны пермеат (чистую воду) от отходов, состоящих из солей, органических веществ и любых загрязняющих частиц в суспензии с размером более 5 микрон, в дополнение к 99,9% возможно присутствующим бактериям.
3
[00028] На последующей стадии способа вода проходит через озонатор (14), в котором образующийся озон в газообразном состоянии (O) обильно барботируют через поток воды, гарантируя 100% смертность любого типа живых клеток (водорослей, бактерий, дрожжей, грибов и т.д.) и окисление любых следов органического материала. Данный этап способа гарантирует чистоту, осветление, свежесть и срок годности бутилированной воды в течение 2 лет.
2
3
3
[00029] Пример системы по настоящему изобретению показан на фигуре 3, на которой оборудование размещено на площади 240 м и высотой 2 м, в результате чего объем установки составил 480 м. Система, построенная в соответствии с системой на фигуре 3, способна производить очистку и наполнение 5 000 литров в час. Другими словами, производительность системы, построенной в соответствии с фигурой 3, приблизительно 10 л/м установки за 1 час.
Echerichia coli
[00030] Система по настоящему изобретению гарантирует 100% смертность любого типа клеточной жизни, такой как гетеротрофные бактерии, общие колиформные бактерии,  (водоросли, бактерии, дрожжи, грибы и т.д.) и окисление любых следов органического материала в проходящем потоке воды. Указанный способ гарантирует чистоту, осветленность, свежесть и срок годности бутилированной воды в течение 2 лет.
[00031] Таким образом, согласно способу по настоящему изобретению получают абсолютно чистую воду, состав которой все равно надлежащим образом сбалансирован для достижения прорывных и беспрецедентных стандартов здоровья для потребления человеком. В данном случае, для потребления человеком понимают не только простое потребление воды, но и приготовление напитков с водой, щелочной и с высокой концентрацией солей магния, особенно больничных напитков, безалкогольных напитков, желе, соков, чаев, ароматизированной воды и другие растворов, смесей и коллоидов, в которых воду применяют в качестве растворителя или носителя.
+
[00032] На настоящий момент pH контролируют и регулируют (8) путем измерения величины pH с помощью датчика (11) и дозирующего насоса (8) (не показан на фигуре), который служит для сбалансированного и автоматического добавления бикарбоната натрия, который вследствие химического сродства оставляет ионы натрия в воде в форме гидроксида натрия, что приводит к регулированию концентрации ионов водорода (H). Регулирование осуществляют таким образом, чтобы конечный продукт имел щелочной рН от 7,0 до 12,0, предпочтительно от 8,5 до 10,5.
премикс
премикс
3
3
2
2
[00033] Затем воду пропускают через средства для добавления солей (15 и 16). На данном этапе в воду добавляют , содержащий гималайскую розовую соль и соли магния, для введения до 94 видов минеральных солей (15) с высокой гидратирующей и восстанавливающей способностью, среди которых выделяют соли магния. Следует отметить, что гималайская розовая соль сама по себе уже содержит соли магния, являющиеся третьим по концентрации основным компонентом. Данный металл присутствует в значительных количествах в гималайской почве, содержащей руды, такие как магнезит (MgCO), доломит (CaMg(CO)) и брусит (Mg(OH)), соединения с долей магния 46,6%, 22% и 69% соответственно, которые используют для коммерческого извлечения указанного элемента (согласно отчету 2009 года Министерства нефти и природных ресурсов Пакистана). Несмотря на присутствие магния в гималайской соли,  может содержать иные источники магния (16) с целью увеличения или регулирования его концентрации, например, путем добавления хлорида магния. Как видно из фиг. 2, в настоящем примере авторами настоящего изобретения были выбраны раздельные средства для добавления солей (15) и средства для добавления солей магния (16). То есть средства добавления солей могут быть разделены с обеспечением отдельного средства для добавления солей магния.
[00034] Здесь следует отметить, что существует различие между средствами для добавления солей (15 и 16) и средствами для контроля pH (8 и 11), последние, несмотря на измерение концентрации солей, таких как, например, гидроксид натрия, предназначены для регулирования величины pH воды, как объяснено ранее. Это происходит вследствие того, что в организме человека нормальный уровень рН крови должен поддерживаться в узком диапазоне (от 7,35 до 7,45) для надлежащего функционирования метаболических процессов и для доставки нужного количества кислорода в тканях. Метаболизм приводит к образованию большого количества кислот, которые необходимо нейтрализовать или устранить для поддержания кислотно-щелочного баланса. Легкие и почки являются основными органами, участвующими в регуляции рН крови, тогда как буферные системы крови (гемоглобин, белки плазмы, бикарбонаты и фосфаты) также способствуют регуляции рН до 7. Стоит подчеркнуть, что величина рН пищи и напитков не обязательно связана с подщелачивающим/подкисляющим эффектом в организме.
,
carga ácida renal potencial
[0035] Подщелачивающую или подкисляющую способность пищи определяют по содержанию сульфатов, хлоридов, фосфора, калия, магния, натрия и кальция, и она может быть рассчитана по PRAL (потенциальная кислотная нагрузка на почки по-португальски, ). PRAL представляет собой математический расчет, созданный Томасом Ремером и Фридрихом Манцем в 1995 году, который позволяет непосредственно оценить вышеупомянутые компоненты в продуктах питания. Чем более отрицательна величина PRAL, тем более подщелачивающими являются продукты питания. Потребление подщелачивающих продуктов питания и напитков (то есть тех, которые характеризуются отрицательной величиной PRAL) оказывает выраженное влияние на кислотно-щелочной баланс в организме. В случае воды известно, что чем выше концентрация магния и/или бикарбоната, тем ниже величина PRAL. В этом смысле потребление питьевой подщелачивающей воды приобрело известность. В нескольких исследованиях был отмечен полезный потенциал подщелачивающих диет, подчеркивающих сохранение мышечной массы у пожилых людей и поддержку здоровья костей. В настоящей системе средства для добавления солей (18) будут регулировать величину PRAL воды, получаемой в результате указанного способа, в диапазоне от -1 до -3.
4
[00036] Расчет величины PRAL может быть выполнен по следующей формуле, подходящей для минеральных вод: PRAL = [0,00049 SO(мг)] + [0,027 Cl(мг)] + [0,037 P(мг)] - [0,21 K(мг)] - [0,026 Mg(мг)] - [0,413 Na(мг)] - [0,013 Ca(мг)] (источник: Revista Nutrire. 2015 Дек.; 40(3): 344-351, доступно по следующему электронному адресу: http://dx.doi.org/10.4322/2316-7874.78015).
[00037] В конце данного этапа авторами настоящего изобретения была получена чистая, подходящая для потребления человеком вода с величиной PRAL в диапазоне от -1 до -3 и концентрацией ионов водорода в диапазоне от 7,0 до 12, предпочтительно от 8,5 до 10,5, с уникальной доступностью 94 минеральных солей, особенно содержанием магния от 20 до 60 мг на литр воды, предпочтительно выше 40 мг на литр. Указанная вода обладает большей гидратирующей способностью, чем обычная минеральная вода. Вследствие ее низкого поверхностного натяжения и дифференцированной молекулярной структуры в ней больше кислорода, она обладает антиоксидантными свойствами, ионизирована и озонирована. Воду хранят в резервуаре (17).
[00038] Система также включает комплекс аппаратов для фасовки единичных упаковок (18) с целью упаковки воды, получаемой в результате осуществления указанного способа, для последующего распределения вблизи от ее производства. В этом случае подходящий упаковочный раствор будет находиться в упаковках с контролем несанкционированного вскрытия из смеси ПЭНП и ПЭНП с линейной мономерной структурой, получаемой в процессе холодной прокатки.
[00039] В соответствии с примером, представленным на фиг. 2, система содержит узел упаковки (18) объемного впрыска с термическим сварным швом, способный упаковывать от 4 до 8 тысяч пакетов воды (30) в час, как показано на фиг. 3, типичный объем этого вида упаковки может варьироваться от 150 мл до 1500 мл.
[00040] Следует отметить, что пакет (30), представленный на фиг. 4, состоит из пленок ПЭНП с линейным мономерным ПЭНП, соединенных сварными швами (31), причем контур сварных швов, преимущественно, имитирует форму традиционной бутылки с горлышком (34). Пользователь может разрезать или же порвать горлышко (34), чтобы получить доступ к содержимому через отверстие в горлышке (34) и выпить упакованную воду.
[00041] Процесс открытия горлышка (34) является необратимым, что подтверждает возможность повторного использования упаковки (30).
[00042] На самом пакете (30) представлена печатная информация. Напечатанные элементы (35) выполняют предварительно и снаружи на самом пакете, поскольку предпочтительно узел упаковки (18) будет снабжен ранее изготовленными пакетами, выполненным из полиэтиленовых пленок низкой плотности (ПЭНП).
[00043] Еще предпочтительнее, чтобы напечатанные элементы (35) включали в себя полезную информацию для пользователей, такую как, например, объем пакета, правовую информацию, контур бутылки с водой или изделия, которое может быть более удобным.
[00044] На пакете может быть указана линия (36), указывающая пользователю наилучшую часть горлышка (34) для открытия пакета (30). Указанное отверстие в горлышке (34) позволит пользователю вставить соломинку или обеспечить выход воды путем приложения давления к сторонам пакета с целью употребления упакованной воды.
[00045] Описание примера, представленное в данном документе, не исключает иных возможных вариантов осуществления и набора средств, входящих в объем настоящего изобретения, и поэтому его не следует рассматривать ограничительным образом. В этом смысле, специалист в данной области техники может использовать несколько наборов датчиков и контроллеров, резервуаров и насосов с целью управления системой, разработанной в соответствии с принципами настоящего изобретения.