СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF TREATING LIQUID AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение предназначено для использования в медицине, косметологии, пищевой промышленности для обработки масел, смесей масел, воды, водных растворов, смесей масел с водой (эмульсий).
В последнее время появилось большое количество работ, посвященных исследованию структуризации воды и ее эффектов на физико-химические параметры жидкостей и биологические объекты. Попытки использования структурированной воды в сельском хозяйстве предпринимались неоднократно. Целенаправленные планомерные эксперименты проведены с водой, обработанной в установке Краснова Ю. (Материалы конференции «Структурированная вода как основа принципиально новых сельскохозяйственных технологий», 2007). Структура воды в этой установке изменяется в результате трения слоев жидкости, вращающихся по спирали под большим давлением и с высокой скоростью. При этом в вихревых потоках возникают сильное магнитное поле и зоны вакуума. Обработанная вода отличается от необработанной большей вязкостью, плотностью, желтоватым оттенком и она слабокислая (рН 5,5). В результате применения этой воды в прудовых хозяйствах в Уральском регионе наблюдалось увеличение средней массы и выживаемости мальков толстолобика. Вода, структурированная гидроударами и кавитацией в установке, разработанной в ФГУП НИИ «Гермес» (г.Златоуст Челябинской области) была опробована в ветеринарии на поросятах, имеющих диспепсию и диарею, и на ослабленных свиноматках. Эффект выздоровления наблюдался через 2-4 дня после употребления воды (6-10 литров).
Длительные эксперименты по исследованию влияния структурированной воды на биологические объекты единичны и они свидетельствуют, что во многих случаях сумма негативных воздействий на иммунитет и способности к воспроизводству существенно превышают частные положительные эффекты. Возможно, что причиной этого являются существенные изменения физико-химических свойств использованной воды в результате сильных внешних воздействий. Для исключения отрицательных эффектов, по-видимому, для обработки воды следует использовать более мягкие воздействия - инфракрасное или ультрафиолетовое излучения, слабое магнитное поле и пр. Недостатком известных устройств для такой «мягкой» обработки жидкостей является низкая эффективность обработки жидкости, обусловленная тем, что в направлении облучения толщина слоя жидкости существенно больше, чем глубина проникновения излучения (УФ, ИК).
Известны способ комплексной обработки жидкости и устройство для его осуществления (по патенту RU 2099109), выбранные в качестве прототипов способа и устройства. Известный способ осуществляют путем пропускания образованного с помощью газовых промежутков прерывистого потока обрабатываемой жидкости через кварцевую кювету и одновременного воздействия на прерывистый поток ультрафиолетовым, оптическим, инфракрасным излучением и магнитным полем в зоне расположения кварцевой кюветы. Устройство содержит корпус, в котором коаксиально относительно кварцевой кюветы расположены источник ультрафиолетового излучения, источник излучения оптического и инфракрасного диапазонов, источник постоянного магнитного поля, источник переменного магнитного поля. Газовый прерыватель жидкостного потока, установленный между трубопроводом для забора жидкости и кварцевой кюветой, служит для формирования прерывистого потока жидкости в кварцевой кювете. Прохождение потока по кварцевой кювете происходит при использовании перистальтического насоса. В качестве газа использован воздух, кислород либо любая газовая смесь, содержащая кислород.
Недостатками известного способа и устройства являются: применение кислородсодержащего газа, окисляющего обрабатываемые жидкости за счет образования озона в воздушных промежутках, кроме того, изменяется химическая природа исходной жидкости; перемещение жидкости осуществляется за счет создания разряжения перистальтическим насосом; максимально возможный перепад давления 1 атмосферы, этим ограничена максимальная производительность установки; возможен подсос внешней атмосферы, что влечет за собой изменение свойств обрабатываемой жидкости.
Технической задачей является повышение скорости обработки, понижение окислительной способности органических компонент жидкостей. Кроме того, увеличивается объем вицинальной жидкости, наиболее восприимчивой к внешним воздействиям.
Под биологической активностью мы понимаем действие веществ на биологические системы (в том числе на организм человека), регулируя их жизнедеятельность. Регулирование может проявляться в стимулировании, угнетении, развитии тех или иных признаков и т.п.
Лечебный эффект может появляться в результате втирания (массажные масла), компрессов, внутреннего употребления (питья). Любая жидкость, обработанная предложенным способом, изменяет свои свойства. Составы жидкостей берутся из официальных справочников, например по ароматерапии. Обработка приводит к усилению лечебных свойств масел, смесей масел.
Технический результат достигается в способе обработки жидкости, в котором формируют в зоне воздействия прерывистый поток жидкости, подавая жидкость в кварцевую трубку под давлением инертного газа или азота, одновременно воздействуют на поток постоянным магнитным полем, ультрафиолетовым излучением и видимым излучением. Формируют капли жидкости, размер которых равен внутреннему диаметру трубки. При смачивании стенок кварцевой трубки на границе раздела жидкость-стенка образуется слой вицинальной жидкости, толщина которого в зависимости от природы жидкости может достигать нескольких микрон. В процессе неламинарного движения капли жидкости жидкость вицинального слоя переходит в объем, сохраняя свою структуру.
Технический результат достигается в устройстве для обработки жидкости, содержащем емкость для жидкости, соединенную с кварцевой трубкой, трубопровод для подачи газа под давлением, источники ультрафиолетового излучения, видимого излучения, магнитного поля. Кварцевая трубка соединена с трубопроводом для подачи газа под давлением с возможностью формирования регулируемого прерывистого потока жидкости в кварцевой трубке. Трубопровод для подачи газа снабжен игольчатым дозатором. Устройство снабжено емкостью для сбора жидкости, соединенной с емкостью для жидкости, указанные емкости снабжены клапанами.
Устройство для обработки жидкости показано на рисунке.
Емкость для жидкости 9 соединена с кварцевой трубкой 5 (или с несколькими соединенными в виде меандра кварцевыми трубками 5 - от клапана 10 до вентиля 19).
В зоне воздействия жидкость движется по кварцевым трубкам 5, которые вместе с источником видимого и ультрафиолетового излучения 2 помещены в цилиндр 1 с алюминиевым отражателем. Источником ультрафиолетового и видимого излучения является кварцевая лампа (диапазон длин волн λ=240-320 нм). Питание установки осуществляется от однофазной сети напряжением 220 В частоты 50 Гц. Источником постоянного магнитного поля являются магниты 3.
Емкость 9 для жидкости и кварцевая трубка 5 соединены с трубопроводом для подачи газа под давлением (на рисунке обозначен тонкими линиями) с возможностью формирования регулируемого прерывистого потока жидкости в кварцевой трубке 5. Для этого трубопровод для подачи газа под давлением соединен через редуктор 7 с баллоном 8 и снабжен игольчатым дозатором 6 (дозатор 6 соединен с кварцевой трубкой 5 в точке А полиамидной трубки). Клапан 10 предназначен для дросселирования избыточного давления в емкости 9 для жидкости.
Устройство снабжено емкостью 4 для сбора жидкости, соединенной с емкостью 9 для жидкости трубопроводом 16 обратной перегонки (показан прерывистой линией), указанные емкости снабжены клапанами 12, 14.
Устройство работает, а способ реализуется следующим образом.
Исходная жидкость заливается в герметичную емкость 9 через клапан 12. После закрытия клапана 12 жидкость подается в зону воздействия под давлением инертного газа (например, аргон) или азота из баллона 8. Подача газа регулируется игольчатым дозатором 6, а скорость прохождения жидкости регулируется редуктором 7 и вентилем 11. До точки (зона А) поток жидкости в кварцевой трубке - сплошной. При повышении давления в трубопроводе подачи газа до давления, превышающего статическое давление в трубке 5, происходит вброс газа в поток жидкости. При этом давлениее газа в трубопроводе подачи газа падает до давления жидкости в трубопроводе 5, т.к. расход газа ограничивается игольчатым дозатором. Таким образом происходит разрыв потока жидкости и образование капли. Далее начинается движение жидкости в трубке 5, давление газа в трубопроводе подачи газа поднимается и снова происходит вброс газа и образование капли. Скорость подъема давления, определяющая размер капель, регулируется игольчатым дозатором газа. Оптимизация конструкции установки в зоне А проводится по критериям уменьшения полного давления (статического и динамического), возможности получения капель жидкости минимального объема с минимальным расходом газа. Трубопровод для подачи газа соединяется с кварцевой трубкой 5 под острым углом относительно направления движения жидкости и заканчивается на ее оси.
При смачивании стенок кварцевой трубки на границе раздела жидкость-стенка образуется слой вицинальной жидкости, толщина которого в зависимости от природы жидкости может достигать нескольких микрон [1, 2]. Структура жидкости в пристеночном слое отличается от структуры объема жидкости, является метастабильной и легко изменяется под действием внешних излучений. В процессе неламинарного движения капли жидкости жидкость вицинального слоя переходит в объем, сохраняя свою структуру. Доля вицинальной жидкости в объеме растет с увеличением длительности обработки, повышая тем самым долговечность приобретенных свойств. Размер капли соответствует диаметру трубки и определяет ее форму: вогнутую со стороны переднего фронта и с обратной стороны. При этом достигается перемешивание вицинального слоя с объемом жидкости.
Перемешивание слоев жидкости в инертной среде приводит к вытеснению кислорода из жидкости и это является одной из причин уменьшения окисления жидкости. Повышение давления инертного газа интенсифицирует процесс вытеснения кислорода. Вторая причина уменьшения окисления жидкости - упорядочение структуры (проявляется в увеличении коэффициента преломления). Упорядочение структуры приводит к уменьшению растворимости газов и стерическим ограничениям доступа кислорода к активным реакционным центрам органических соединений (например, к двойным С=С связям). Упорядочение структуры происходит под действием внешних воздействий в метастабильном вицинальном слое. Скорость перемешивания и скорость упорядочения структуры обрабатываемой жидкости зависят от относительного объема вицинального слоя. Наибольший объем вицинального слоя может быть достигнут в случае минимального объема капли и наибольшего искажения. Капля, диаметр которой равен диаметру трубки, имеет минимальный объем. Наибольшее искажение (вогнутая форма со стороны переднего фронта и обратной стороны) достигается в случае хорошей адгезии жидкости к стенке трубки и достаточно высокого давления. Повышение давления газа способствует увеличению скорости передвижения капли по трубе. Давление газа, подаваемого в систему 150-200 кПа. Скорость подачи воды 20-30 л/час, скорость подачи масла 5-10 л/час. Используются газы или газовые смеси, не содержащие кислород. Использование безкислородной газовой смеси обеспечивает неизменность химического состава обрабатываемой жидкости.
Известно, что разные воздействия изменяют функциональные свойства разных жидкостей, например, омагничивание ингибиторов кислотной коррозии в нефтеперерабатывающей промышленности используется для усиления их защитных свойств. Обработка ультрафиолетом используется в медицине, например, для обработки крови. В предлагаемом способе выбирают такие типы воздействий, чтобы не разрушали обрабатываемый материал, например масло.
При работе источника излучения 2 и при установленных магнитах 3 происходит одновременное воздействие на прерывистый поток жидкости постоянным магнитным полем, ультрафиолетовым излучением и видимым излучением.
После обработки жидкость поступает в емкость 4 для сбора жидкости (уровень контролируется по высоте столба в трубке 15). Слив обработанной жидкости проводится через вентиль 17. При обработке жидкости клапан 14 открыт для удаления газа.
При проведении циклической обработки жидкость из емкости 4 для сбора жидкости перегоняется в емкость 9 для жидкости по трубопроводу 16 обратной перегонки при открытых клапане 12 и вентилях 13, 18. При этом клапаны 6, 11, 14 закрыты.
Было исследовано влияние обработки на химический состав, структурно-чувствительные и бактерицидные свойства и скорость усвоения организмом (биологическую доступность) обработанной артезианской воды, нерафинированных холодного отжима оливкового и льняного масел, смеси нерафинированных растительных (кукурузное, горчичное, подсолнечное, оливковое) и эфирных (розмарина, чайного дерева, лаванды) масел. Результаты исследований доложены на конференциях и опубликованы в [3-6]
-1
-1
Обработка воды приводит к изменениям плотности, электропроводности, показателя преломления и интенсивности ИК-спектров в области 1500-1700 см и 3500 см, которые свидетельствуют об изменении структурного состояния воды [3, 5].
Результаты свидетельствуют, что в зависимости от режимов обработка приводит к увеличению или уменьшению размеров ассоциатов молекул воды.
Обработанная вода обладает бактерицидными свойствами в отношении вирусов и патогенной флоры [7]. Исследования проведены на кафедре микробиологии Ижевской медицинской академии. В качестве примера, результаты влияния воды на суточную культуру стафилококка и бактерии группы кишечной палочки приведены в Таблице 1 и Таблице 2. В образцы воды вносили суспензию суточной культуры стафилококка до конечной концентрации 1000 микробных тел в 1 мл и анализировали концентрацию стафилококка через 1 час, 24 часа и 10 суток экспонирования в термостате. Количество стафилококков определяли по росту на ЖСК.
Таблица 1
Концентрация суточной культуры стафилококка (КОЕ/мл)
Образец воды
1 час
24 часа
10 суток
Необработанная
~1000
800
Единичные
Обработанная
~1000
250
0
Двукратное разведение
~1000
380
0
Четырехкратное разведение
~1000
500
0
Таблица 2
Жизнеспособность бактерий группы кишечной палочки в воде
Образец воды
Общее микробное число
Исходная
Множественный рост, переходящий в сплошной
Обработанная №1
74 КОЕ
Обработанная №2
240 КОЕ
Известно, что исходные нерафинированные растительные масла имеют цис-изомерию [7]. Анализ структурного состояния обработанных масел и масляных смесей показал следующее. В рентгеноэлектронном Cls-спектре не появляется новых компонент, свидетельствующих об изменении химического состояния углерода. ИК-спектры (поглощения) не отличаются от ИК-спектров исходных масел. Это подтверждает результат, полученный из рентгеноэлектронных спектров, и свидетельствует об отсутствии транс-изомеров в обработанных маслах. Показатели преломления незначительно повышаются, что характерно для упорядочения структуры [3, 4, 6].
Уменьшается окислительная способность масел - органолептические свойства оливкового масла и смеси сохраняются более 12 месяцев, в то время как для необработанных масел прогорклость появилась через 3-4 месяца (после вскрытия упаковки). Необработанное льняное масло прогоркло через 1 месяц, а обработанное - через 4 месяца.
Было исследовано влияние смеси масел на лактозоотрицательную кишечную палочку (Таблица 3 [7]). В образцы масел вносили суспензию бактерий до конечной концентрации 1000 микробных тел в 1 мл и анализировали концентрацию стафилококка через 1 час, 24 часа и 10 суток экспонирования в термостате. Количество бактерий определяли по росту на ЖСК.
Таблица 3
Концентрация лактозоотрицательной кишечной палочки (КОЕ/мл)
Образец смеси масел
1 час
10 суток
Необработанная
~1000
Сплошной рост
Обработанная
~120
Нет
Двукратное разведение
~120
Нет
Обработанные масла имеют большую биологическую активность. Результат получен на основании исследований влияния сертифицированной массажной масляной смеси «Олевитум» (сертификат соответствия № РОСС RU. ПК12. В01078) на организм человека методом пульсовой диагностики.
Бактерицидные и лечебные свойства жидкостей сохраняются в течение длительного времени после обработки: 12 месяцев для масла, 12-14 месяцев для воды [3].
Литература
1. Джейкок М., Парфит Дж. Химия поверхностей раздела фаз. М.: Мир, 1984, с.230.
2. Жаров В.А., Додонов И.Г., Хлопков Ю.И. Локализованные когерентные структуры в пограничном слое. Прикладная механика и техническая физика, 2000, т.41, №6, с.60.
3. Быстров С.Г., Кожевников В.И. Структурная модификация жидкостей с целью повышения их биологической активности. Труды Третьей Международной научно-практической школы-конференции МЕДБИОТЕК "Актуальные вопросы инновационной деятельности в биологии и медицине", Москва, Изд-во ОАО «Авиаиздат», 2006.
4. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Мерзляков П.Г. Наноструктурирование водно-масляных эмульсий для активирования их биологической активности (бактерицидных и лечебных свойств. Сборник статей II Всероссийской научно-технической конференции «Информационные и управленческие технологии в медицине», Пенза, 2008, с.38.
5. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Мерзляков П.Г. Влияние циклической обработки постоянным магнитным полем, УФ- и ИК-излучением на структуру и биологическую активность воды. Сборник трудов Пятой Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», С-Петербург, 2008, т.12, с.211.
6. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Мерзляков П.Г. Влияние комплексного воздействия магнитным полем и электромагнитным излучением на химическое строение и физико-химические свойства растительного масла. Сборник трудов Пятой Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», С-Петербург, 2008, т.12, с.212.
7. Марков В.И. (д.биол.н., профессор, зав. каф. микробиологии ИГМА), Быстров С.Г. (к.хим.н., с.н.с. ФТИ УрО РАН). Результаты совместных экспериментов по исследованию биологически активных жидкостей ФТИ УрО РАН и ИГМА, 2004.