СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ
METHOD OF PRODUCING ACTIVATED WATER

Изобретение относится к прикладной электрохимии и может быть использовано для интенсификации процесса получения активированной шунгитной воды, повышения ее чистоты путем устранения из нее опасных для человека ионов металлов анода и повышения антисептических свойств анолита, и в других областях деятельности человека.
Известен способ получения активированной воды, при котором воду настаивают в сосуде, с размещенным в него шунгитом, в течение трех суток [1].
Недостатками такого способа активирования воды являются длительное время активированной воды и низкая минерализация воды полезными микроэлементами.
Известен способ активирования воды с использованием бытового диафрагменного электролизера для получения католита («живой» воды) и анолита («мертвой» воды), содержащий водонепроницаемый корпус-сосуд (стеклянную банку), прямоугольные анодный и катодный электроды, выполненные из нержавеющей стали (относящийся к неблагородному проводящему материалу) и закрепленные на диэлектрической крышке корпуса-сосуда, выпрямительный полупроводниковый диод, закрепленный на диэлектрической крышке и подключенный катодом к анодному электроду, водонепроницаемый брезентовый мешочек, помещенный в корпус-сосуд, в который, в свою очередь, помещается анодный электрод, и двухпроводной шнур питания, первый конец первого провода которого соединен с анодом диода, первый конец второго провода подключен к катодному электроду, и вторые концы которого оканчиваются вилкой, включаемой в сеть переменного напряжения 220 B [2].
Недостатком такого способа активации воды является то, что отрываемые электрическим полем с поверхности анодного электрода катионы (положительные ионы) за счет создаваемых электрохимическими процессами на поверхности анодного электрода конвекционных потоков жидкости быстро, менее чем за минуту, достигают внутренней поверхности мешочка, проходят через его поры и попадают в катодную камеру, окружающую мешочек. Католит оказывается загрязненный ионами металлов, входящих в состав нержавеющей стали, в частности ионами никеля. Употреблять такой католит внутрь организма небезопасно для здоровья человека.
Известен способ активации воды с использованием электролизера, содержащего прямоугольный водонепроницаемый корпус-сосуд, выполненный из инертного диэлектрического материала, катодный и анодный электроды, выполненные из нержавеющей стали, размещенные внутри корпуса-сосуда и разделенные между собой двумя стеклянными стаканами, стенки которых наращены обечайками из ватмана, выполняющими роль пористых диафрагм, и источник однополярного пульсирующего напряжения, отрицательный и положительный выводы которого соединены соответственно с катодным и анодным электродами [3]. Электролизер питается от сети переменного напряжения через последовательно соединенные полупроводниковый выпрямительный диод и лампу накаливания 220 B, 40 Вт, выполняющую роль гасящего избыточного напряжения сопротивления. Параллельно лампе накаливания подключен выключатель, при замыкании которого форсируется процесс получения католита и анолита. Стеклянные стаканы располагаются на опускаемом в корпус-сосуд поддоне. Обечайки располагаются друг от друга на расстоянии около 1 см (судя по двум проекциям прибора, представленным на рис.1, в [3], с.26).
Недостатком указанного способа является то, что с помощью его вырабатывают католит, в котором содержатся катионы анодного электрода, небезопасные для здоровья человека и животных, в частности катионы никеля. Это обусловлено тем, что катионы преодолевают ближайшее расстояние между диафрагмами в электролизере-прототипе за время существенно меньшее времени электролиза воды, и катионы анодного электрода оказываются в катодной камере электролизера-прототипа задолго до окончания процесса электролиза.
Наиболее близким к заявляемому является способ активации воды с использованием диафрагменного электролизера, содержащего прямоугольный водонепроницаемый корпус-сосуд, изготовленный из инертного диэлектрического материала, катодный и анодный электроды, выполненные из неблагородных проводящих материалов, размещенных внутри корпуса-сосуда и разделенных между собой двумя пористыми диафрагмами, и источник однополярного пульсирующего напряжения, отрицательный и положительный выводы которого соединены соответственно с катодным и анодным электродами, причем пористые диафрагмы размещены друг от друга на расстоянии, определяемом соотношением:
1,3 E·b·t≥L>1,0 E·b·t,
2
-1
-1
где L - расстояние между пористыми диафрагмами, в см; E - средняя напряженность пульсирующего электрического поля между электродами в жидкости, в B/см; b - подвижность жидких наиболее быстрых катионов, отрываемых от анодного электрода электрическим полем, в см·В·c при E=1 B/см; t - время электролиза, в с [4].
Недостатком способа-прототипа является то, что опасные для здоровья человека и животных катионы, отрываемые полем с поверхности анода, попадают в воду, и выбранное расстояние L между электродами не гарантирует полного исключения указанных катионов из готового продукта - католита. Кроме того, вырванные из анода ионы опасных и вредных для здоровья человека и животных ионов металла (катионов) находятся и в анолите, который также используется в лечебных целях, и могут нанести ущерб здоровью людей и животных. Увеличение расстояние между электродами в способе-прототипе приводит к необходимости увеличения напряжения электролиза и приводит к увеличению процесса активирования воды.
Задача, на которую направлено изобретение, состоит в исключении отрицательного фактора способа-прототипа, заключающегося в отрыве электрическим полем вредных и опасных ионов от металлического анода, в интенсификации процесса активации воды и в повышении бактерицидных свойств анолита.
2
2
Поставленная задача решается тем, что в способе активации воды, заключающемся в ее электролизе между двумя электродами, разделенными между собой пористой диафрагмой, между которыми подано напряжение, отрицательный и положительный потенциалы которого соединены соответственно с отрицательным и положительным полюсами источника напряжения, электроды (анод и катод) выполняют из дезинтегрированного до размеров 10-50 мкм мелкодисперсного шунгита, помещенного в оболочку из мелкопористой льняной ткани или из ткани, изготовленной из хлопка, и графитового или шунгитового стержня, введенного в объем мелкодисперсного шунгита, и к стержню прикрепляют упомянутую оболочку, при этом размеры пор в упомянутой оболочке не превышают размеров зерна шунгита, графитовый или шунгитовый стержень анода, введенный в шунгитный мелкодисперсный порошок, присоединяют к выходным клеммам положительного полюса источника напряжения, графитовый или шунгитовый стержень катода, введенный в шунгитный мелкодисперсный порошок, присоединяют к отрицательному полюсу источника напряжения, ионообменную, причем в электродах и в электролизере возбуждают ультразвуковые колебания, частота которых лежит выше частоты порога кавитации в диапазоне от 20 кГц до 100 кГц, а интенсивность упомянутого ультразвука лежит в области стабильной кавитации от 1,5 Вт/см до 2,5 Вт/см.
Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.
Шунгитовый камень, обладающий богатым минеральным составом, выраженными сорбционными, бактерицидными и каталитическими свойствами, уже на протяжении многих лет находит успешное применение в системах очистки и активации питьевой воды.
Шунгит является природным композитом, структура которого представляет собой аморфный микропористый кварцевый каркас, заполненный высокодисперсными (около 1 мкм) частицами минералов алюмосиликатного ряда.
Главный компонент шунгита - углерод C60. Его содержание в породе может доходить до 99%. В минеральном составе шунгита помимо углерода C60 содержатся оксид кремния и оксид алюминия, остальная же часть минерального состава шунгита содержит более 20 макро- и микроэлементов - Na, Ca, K, Mg, Fe, Cu и др.).
Шунгит применяют в производстве фильтров-активаторов для комплексного очищения питьевой воды, используют для обеззараживания воды в колодцах и плавательных бассейнах, применяют для очистки бытовых и промышленных стоков от загрязнений.
Россия является крупным экспортером карельского шунгита в Америку и страны Западной Европы (Австрию, Германию, Норвегию и Голландию).
Шунгит является отличным и практически универсальным природным адсорбентом, способным задерживать на своей поверхности более 94% всевозможных вредных примесей, содержащихся в ежедневно употребляемой нами водопроводной воде.
Входящие в состав шунгита молекулярные соединения фуллерены при взаимодействии с водой играют роль своеобразных катализаторов, ускоряющих дезактивацию и разрушение содержащихся в воде вредных для организма человека органических соединений (фенолов, смол, кислот, ацетона, спиртов, гуминовых веществ, газов и др.)
Кроме того, благодаря высокой сорбционной и каталитической активности шунгит способен осаждать на своей поверхности также и другие загрязняющие воду вещества, способные в значительной мере нанести ущерб нашему здоровью (соли тяжелых металлов, коллоидное железо, радионуклиды, соединения хлора, фосфора, азота (нитраты и нитриты), нефтепродукты, пестициды).
По эффективности фильтрации воды от диоксинов и хлорорганических соединений шунгит превосходит знаменитый активированный уголь в 30 раз. По качеству очистки воды от нефтепродуктов шунгит также не уступает фильтру из активированного угля.
С помощью обладающего бактерицидными и сорбционными свойствам шунгита можно также качественно отфильтровать питьевую воду или очистить воду в колодцах и плавательных бассейнах от различной вредной микрофлоры, спор растений, водорослей, вирусов, биологических токсинов, яиц гельминтов.
В результате взаимодействия с водой шунгит придает ей не только прозрачность и чистоту, но также обеззараживает ее и придает ей оздоровительные свойства.
К достоинству шунгита относится также его способность активировать воду. Ведь если большинство искусственных фильтров вместе с вредными примесями неизбежно удаляют из воды полезные для организма человека минеральные компоненты (соли кальция, магния, калия и др.), то природный фильтр шунгит, наоборот, способствует насыщению воды полезными макро- и микроэлементами в наиболее оптимальной для человеческого организма концентрации. A, кроме того, настоянная на шунгите вода приобретает антисептические свойства.
- Настоянная на шунгите вода характеризуется высокой антитоксической активностью (шунгитовые фуллерены обладают гепатопротекторными свойствами -нейтрализуют различные яды и токсины, защищая тем самым печень от их вредного воздействия).
Несмотря на все вышеперечисленные достоинства шунгитовой воды, достаточно быстрого и эффективного способа ее получения в настоящее время не известно. Наиболее применим в настоящее время весьма длительный и недостаточно эффективный способ получения шунгитной воды путем ее настаивания в сосуде с шунгитом в течение 3-4 дней. При таком способе получения шунгитной воды не использованы многие полезные потенциальные возможности шунгита, в частности, в малой степени происходит минерализация шунгитной воды необходимыми для человека микроэлементами, находящимися в шунгите, такими как Na, Ca, K, Mg, Fe, Cu и др.
В настоящем изобретении эти недостатки известных способов устранены за счет следующих операций.
При электролизе воды в анодной камере образуется анолит, а в катодной камере - католит.
Анолит обладает сильным антисептическим действием, и его эффективно используют при обеззараживании воды (в том числе от холерных вибрионов), при обеззараживании различных предметов и инструментов.
Однако активированная вода, получаемая в бытовых электролизерах, помимо целебных свойств может нести в себе и определенную опасность для человека и животных.
Известно, что при электролизе воды происходит разрушение анода, и положительно заряженные ионы его материала (катионы) проходят от анода через анолит и через мембрану поступают в катодную камеру. Так как в большинстве бытовых электролизеров в качестве электродов используют металлы, то поступающие в анолит и католит катионы, делают их небезопасными для человека и животных.
В заявляемом способе в качестве электродов используют шунгит. Использование шунгита в качестве электродов позволяют, в первую очередь его высокая электропроводность, и другие его физические характеристики, приведенные ниже:
3
- плотность - 2,25-2,40 г/см;
- пористость - 0,5-5%;
- прочность на сжатие 100-150 МПа;
5
- модуль упругости (E) - 0,31×10 МПа;
3
- электропроводность - (1-3)×10 См/м;
- теплопроводность - 3,8 Вт/м·к;
-6
- среднее значение коэффициента теплового расширения в интервале температур 20-600 C-12×101/град.
В заявляемом способе используется тот факт, что в процессе электролиза из анода электрическим полем вырываются положительно заряженные ионы (катионы) материала анода, которые под действием поля переносятся в прикатодную область, насыщая католит этими катионами. Так как в отличие от приведенных выше аналогов и способа-прототипа, где анод наиболее часто выполнен из материалов, отрицательно воздействующих на организм человека и животных, в заявляемом способе используют шунгит, ионы которого обладают свойствами, полезными для человека и животных. При этом для того, чтобы ионы шунгита и, в частности, содержащихся в нем частицы фуллерена поступали в активируемую воду более интенсивно, шунгит предварительно дезинтегрируют до размера зерна 10-50 мкм и помещают в мелкопористую оболочку, выполненную из льняной ткани или из ткани, выполненной из хлопка. Для того, чтобы порошок не высыпался из оболочки, размеры пор ткани не должны превышать диаметр зерна шунгитового порошка.
Измельчение шунгита до порошкообразного состояния осуществляют для того, чтобы увеличить его поверхность взаимодействия с активируемой водой. Диапазон размеров диаметров зерна частиц шунгита 10-50 мкм обусловлен тем, что получение размеров зерна шунгита менее 10 микрон затруднено, а при размерах зерна более 50 мкм снижается эффективная поверхность взаимодействия шунгита с водой.
Размещение шунгитового или графитового стержня в мелкодисперсный порошок шунгита обусловлено необходимостью подвода соответствующего потенциала от источника напряжения к шунгитному порошку и необходимостью прикрепления к нему оболочки с размещенным в ней мелкодисперсным шунгитовым порошком. Выбор шунгита или графита в качестве материала стержня обусловлен тем, что в отличие от любых металлов, ионы которых при электролизе попадают в активируемую воду, ионы шунгита или графита не только безопасны для человека, но и обладают целебными свойствами.
Следует отметить, что фуллерены, полученные искусственным путем, практически нерастворимы в воде. Шунгит - это камень естественного происхождения, и фуллерены, входящие в его состав, способны к растворению в воде.
В заявляемом способе процесс поступления полезных для человека и животных положительных ионов из шунгитового анода интенсифицируют, используя ультразвук.
Под действием ультразвука активируемая вода интенсивно перемешивается и через поры оболочки проникает внутрь насыпанного в него порошка шунгита, что позволяет ей взаимодействовать с поверхностью практически каждой из частиц порошка. За счет ультразвука и во много раз увеличенной поверхности взаимодействия шунгита с водой, за счет измельченных частиц шунгита, существенно увеличивается интенсивность разрушения частиц шунгита и поступления ионов фуллерена, содержащегося в шунгите, в воду, что в значительной мере повышает эффективность процесса активации воды.
По своей физической природе ультразвук представляет собой упругие волны и в этом он не отличается от звука.
Принято считать, что к ультразвуковому диапазону относятся частоты, находящиеся в диапазоне от 20 кГц до 1ГГц. Частоты, находящиеся в диапазоне от 16 кГц до 20 кГц, относятся к слышимому звуку.
Частоты, лежащие ниже 16 кГц, относятся к инфразвуку, а частоты, лежащие выше 1 ГГц, называют гиперзвуком.
Область частот ультразвука можно подразделить на три подобласти:
4
5
ультразвук низких частот (2×10-10 Гц) - УНЧ;
5
7
ультразвук средних частот (10-10 Гц) - УСЧ;
7
9
ультразвук высоких частот (10-10 Гц) - УЗВЧ.
В жидких средах под действием ультразвука возникает и протекает специфический физический процесс - ультразвуковая кавитация, обеспечивающий максимальные энергетические воздействия на частицы шунгита.
В ультразвуковой волне во время полупериодов разрежения возникают кавитационные пузырьки, которые резко захлопываются после перехода в область повышенного давления, порождая сильные гидродинамические возмущения в воде и в порах шунгитового анода, за счет чего значительно усиливается эффект образования катионов из материала анода (порошка шунгита).
Кавитация производится за счет чередующихся волн высокого и низкого давления, образуемых звуком высокой частоты (ультразвуком).
Ультразвуковая кавитация - основной инициатор физико-химических процессов, возникающих в жидкости под действием ультразвука, и, в частности, процессов образования катионов из материала анода.
Кавитационные явления в той или иной среде возникают только при превышении ультразвуком порога кавитации.
Порогом кавитации называется интенсивность ультразвука, ниже которой не наблюдаются кавитационные явления. Порог кавитации зависит от параметров, характеризующих как ультразвук, так и саму жидкость.
Для воды и водных растворов пороги кавитации возрастают с увеличением частоты ультразвука и уменьшением времени воздействия.
2
2
При частотах выше 20 кГц порог нестабильной кавитации находится в диапазоне от 0,3 Вт/см до 1 Вт/см.
2
2
2
Дальнейшее повышение интенсивности до 1,5 Вт/см приводит к нарушению линейности колебаний стенок пузырьков. Начинается стадия стабильной кавитации. Диапазон интенсивностей стабильной кавитации лежит в области от 1,5 Вт/см до 2,5 Вт/см. Пузырек сам становится источником ультразвука колебаний. На его поверхности возникают волны, микротоки, электрические разряды.
2
Увеличение интенсивности ультразвука за величину 2,5 Вт/см приводит вновь к стадии нестабильной кавитации.
2
2
В заявляемом способе наиболее эффективно использовать диапазон интенсивностей стабильной кавитации в области от 1,5 Вт/см до 2,5 Вт/см.
Именно в этом диапазоне частот и мощностей ультразвука активируемая вода, омывая поверхность анода и проникая в его поры, способствует интенсивному разрушению анода, материал которого поступает в анолит в виде нейтральных частиц и ионов (катионов). Нейтральные частицы шунгита, оставаясь в анолите, усиливают его антисептические свойства.
Пример конкретного выполнения. Получение активированной воды по способу-прототипу и по заявляемому способу осуществлялось в двухкамерном электролизере, разделенном на анодную и катодную камеры пористой диафрагмой (ионообменной мембраной). Отличие состояло в том, что при получении анолита по способу-прототипу в электролизере использовались электроды из нержавеющей стали. При этом ультразвуковые колебания в анодной камере не производились. При получении анолита по заявляемому способу электроды из нержавеющей стали заменялись на комбинированные электроды, которые были выполнены следующим образом. Анод представлял собой композицию, состоящую из дезинтегрированного до размеров 10-50 мкм мелкодисперсного шунгита, помещенного в оболочку из малорастяжимого трикотажного полотна, обладающего равномерной пористостью (количеством отверстий или ячеек, в единице площади) с диаметром пор 5-8 мкм, гидрофильностью, а также малой материалоемкостью (поверхностной плотностью). Полотно при разрезании не осыпается и имеет устойчивую структуру, края его не закручиваются, не распускаются.
В объем мелкодисперсного шунгита вводился шунгитовый стержень, к которому прикреплялась упомянутая оболочка. Шунгитовый стержень анода, введенный в шунгитный мелкодисперсный порошок, присоединяли к выходным клеммам положительного полюса источника напряжения. Катод в рассматриваемом случае был выполнен точно также как и анод, только шунгитовый стержень катода, введенный в шунгитный мелкодисперсный порошок, присоединялся к отрицательному полюсу источника напряжения. Ионообменная мембрана была установлена между анодной и катодной оболочками из мелкопористой трикотажной ткани и разделяла электролизер на катодную и анодную камеры. В качестве источника ультразвука был использован индустриальный звуковой процессор «Hielscher Ultrasound Technology UP» марки UIP 1000hd. Водоподготовка перед проведением электролиза во всех случаях была идентичной. Для активации воды, как по способу-прототипу, так и по заявляемому способу была взята вода, набранная в емкость в одном водозаборе. Электролиз как в способе-прототипе, так и в заявляемом способе осуществлялся при одинаковых режимах: U=230 B, J=2,4 A. В процессе электролиза как по способу-прототипу, так и по заявляемому способу непрерывно измерялся редокс-потенциал и pH анолита. Для предварительных экспериментов подготавливались порции анолита с величиной окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) (редокс-потенциала Eh) от плюс 200 мВ (исходной) до плюс 1260 мВ через каждые 100 мВ. При этом величина pH анолита изменялась пропорционально ОВП. На основе предварительных исследований, по выявлению бактерицидных свойств активированной воды (анолита) было установлено, что наиболее эффективным можно было считать анолит с величиной ОВП - от плюс 900 до 1260 мВ и pH - от 3,5 до 1,2 ед. соответственно. На основе этих предварительных исследований было принято решение подготавливать для исследования бактерицидных свойств анолит, приготовленный как по способу-прототипу, так и по заявляемому способу таким образом, чтобы водородные показатели и редокс-потенциал этих активированных жидкостей были одинаковы. Для сопоставимости результатов дальнейших экспериментов и однозначной их трактовки электролиз воды, как по способу-прототипу, так и по заявляемому способу осуществляли до тех пор, пока значения pH анолита не достигало 2 ед., а значение редокс-потенциала не достигало величины Eh=+1260 мВ. Эксперименты показали, что время достижения анолитом указанных величин pH и Eh в способе-прототипе составляло порядка 12 минут (720 сек).
Для того, чтобы выявить влияние размеров зерен шунгита электродов и параметров ультразвука на интенсивность (продолжительность) процесса активации воды, были проведены эксперименты. В экспериментах изменялся средний диаметр d зерен шунгита и параметры ультразвука: мощность P и частота f ультразвука. В процессе опытов измерялось время t, от начала процесса электролиза до достижения значения pH анолита 2 ед., а значение редокс-потенциала - величины Eh=+1260 мВ. Результаты опытов приведены в таблице.
№ опыта
d, мкм
P, Вт/см<sup>2</sup>
f, кГц
t, сек
1
10
1,5
20
338
2
50
1,5
20
392
3
10
2,5
20
310
4
50
2,5
20
360
5
10
1,5
100
320
6
50
1,5
100
370
7
10
2,5
100
300
8
50
2,5
100
350
Как следует из таблицы, на время (интенсивность) электролиза оказывают влияние размеры зерен шунгита и параметры ультразвука. За счет изменения этих параметров время электролиза (интенсивность) сокращается в сравнении со способом-прототипом не менее чем 1,8-2,4 раза.
2
Наилучшие результаты по интенсификации процесса активации воды по заявляемому способу были получены при проведении дополнительного опыта при средних значениях диаметра частиц шунгита d=25 мкм, средней мощности ультразвука P=2 Вт/см и средней частоте ультразвука f=50 кГц. При этих значениях продолжительность электролиза воды составила t=270 сек. Т.е. при указанном сочетании параметров, используемых в опытах, время процесса электролиза за счет интенсификации электрохимических процессов, достигаемых применением ультразвука и увеличением активной поверхности электродов, по сравнению со способом-прототипом было сокращено почти в 2,7 раза.
Антисептические свойства полученных активированных жидкостей (анолита) исследовались по стандартным методикам, подробно описанным в работе [5]. В наших опытах использовались две разные методики: одна - с применением световой микроскопии, а другая - с использованием микробиологического экспресс-анализатора.
Суть этих исследований была стандартной: микробы смешивали с антисептическим средством, в качестве которого выступал анолит, полученным либо по способу-прототипу, либо анолит, полученный по заявляемому способу. Затем помещали эту смесь в термостат на различное время (чтобы выявить, сколько минут антисептик должен контактировать с бактерией, чтобы ее уничтожить), после чего высевали смесь на питательную среду - агар (чтобы создать для микробов благоприятные условия для роста). Если анолит действует, то естественно в чашках Петри с агаром через 1-2 суток не будет бактерий, если не действует - в агаре будет наблюдаться рост бактерий. Этот рост можно видеть даже невооруженным глазом. По первой методике для подсчета количества бактерий (колоний) нужен микроскоп, а по второй - подсчет количества бактерий осуществляется автоматически по определенной программе.
В нашем случае при использовании первой методики подсчет числа бактерий осуществлялся с использованием световой микроскопии на микроскопе Biolam (Ломо) в диапазоне увеличения 900-1600.
В качестве метода подсчета содержания бактерий в 1 мл той или иной смеси используются широко применяемый в медицине подсчет форменных элементов в счетных камерах Тома-Цейса, Бюркера, Тюрка и сетки Горяева, Тома, Тюрка. Эти способы подробно описаны в работе [6]. В наших экспериментах для подсчета бактерий использовалась сетка Горяева.
Для выявления антисептических свойств активированной воды по способу- прототипу и по заявляемому способу были использованы бактерии стрептококка группы Д (энтерококка) и стрептококка группы А (возбудителя таких заболеваний, как ангина, ревматизм, скарлатина, нефрит и др.).
Необходимые концентрации микробных взвесей получали общепринятым путем с помощью эталонного бактериального стандарта мутности.
Для установления оптимального времени воздействия анолита на суспензии бактерий готовилась смесь исследуемого анолита с суспензией бактерий. Для этого к 1 мл анолита добавляли 1 мл суспензий бактерий, содержащей 1 млн. микробных тел. Полученная смесь помещалась в термостат, где при T=37°C выдерживалась в течение 1-5-15 мин. Опыты показали, что рост бактерий отсутствовал как при использовании анолита, приготовленного по способу-прототипу, так и анолита, получаемого по заявляемому способу при инкубации в термостате в течение 1 мин и более.
После установления оптимального времени воздействия анолита на культуры бактерий приступали к проведению экспериментов по выявлению антисептических свойств активированных по способу-прототипу и по заявляемому способу жидкостей.
При постановке опытов были использованы 3 концентрации микробных взвесей: взвесь №1 - 2,5 млрд. микробных тел; взвесь №2 - 1 млн. микробных тел и взвесь №3 - 500 тыс. микробных тел. Из них наименьшая (взвесь №3) соответствовала общепринятой стандартной концентрации. С целью максимального уменьшения разведения анолита микробные взвеси вводили в исследуемый раствор в объеме 0,2 мл.
Определение антисептических свойств анолита, приготовленного как по способу-прототипу, так и по заявляемому способу, по первой использованной нами методике проводилось в следующей последовательности. В чашку Петри в 1 мл анолита вводили 0,2 мл исследуемой взвеси. Полученную смесь помещали в термошкаф и выдерживали в течение 2 минут при температуре 37°C. Затем эту смесь извлекали и высеивали петлей на питательную среду в чашку Петри. В клинической практике страны для выделения стрептококков используются среды лабораторного приготовления: питательный агар или триптиказо-соевый агар с добавлением 3-5% дефибринированной крови [7] питательный бульон с добавлением сыворотки крупного рогатого скота (10%) или глюкозы (0,2%) [8], мясопептонный агар с 5-7% дефибринированной крови кролика или барана [9].
В нашем случае был использован триптиказо-соевый агар с добавлением 3-5% дефибринированной крови [7]. После высева извлеченной из термошкафа смеси на питательную среду чашку Петри с упомянутым высевом в питательную среду вновь помещали в термошкаф, выставляли в нем температуру 37°C и выдерживали в термошкафу 24 часа. По истечении указанного времени чашки Петри извлекали из термошкафа и под микроскопом с использованием сетки Горяева определяли концентрацию колоний бактерий, выращенной в питательной среде, если таковая имелась. Зная скорость деления бактерий стрептококка в питательном агаре при стандартной температуре в 37°C и время нахождения высева в инкубаторных условиях в термошкафу, можно было определить исходную концентрацию оставшихся во взвеси жизнеспособных бактерий после воздействия на них анолитом. Используя упомянутую исходную концентрацию жизнеспособных бактерий и концентрацию микробных тел в первоначальной смеси, можно было определить, во сколько раз уменьшилось количество бактерий в исследуемой смеси после воздействия на нее анолитом.
Результаты экспериментов показали, что 100% гибель бактерий стрептококка группы Д (энтерококка) и стрептококка группы А (возбудителя таких заболеваний, как ангина, ревматизм, скарлатина, нефрит и др.) при концентрации 1 млн. микробных тел (взвесь №2) и тех же бактерий при концентрации 400 тыс. микробных тел (взвесь №3) вызывает как анолит, приготовленный по способу-прототипу, так и анолит, приготовленный по заявляемому способу. Наиболее высокая концентрация микробной взвеси (взвесь №1) давала рост бактерий как после воздействия на нее анолитом, приготовленным по способу-прототипу, так и после воздействия на эту взвесь анолитом, приготовленным по заявляемому способу. Однако эксперименты показали, что во взвеси №1 концентрация бактерий стрептококка группы Д (энтерококка) в активированной по заявляемому способу воде снижалась более чем в 120 раз, а количество стрептококка группы А (возбудителя таких заболеваний, как ангина, ревматизм, скарлатина, нефрит и др.) уменьшалось более чем в 1000 раз. Иными словами, во взвеси №1 количество погибших бактерий стрептококка группы Д (энтерококка) после воздействия на нее анолитом, приготовленным по заявляемому способу, составляло величину 98,8%, а 1,2% этих бактерий оставались жизнеспособными. Количество погибших бактерий стрептококка группы А во взвеси №1 после воздействия на нее анолитом, приготовленным по заявляемому способу, составляло 99,9%, а число жизнеспособных - 0,1%. Использование для обеззараживания тех же стрептококков обычного анолита, полученного в бытовом электролизере с электродами из нержавеющей стали по способу-прототипу, дало более низкий эффект: концентрация бактерий стрептококка группы Д (энтерококка) в воде снижалась в 70 раз, а количество стрептококка группы А (возбудителя таких заболеваний, как ангина, ревматизм, скарлатина, нефрит и др.) уменьшалось более чем в 600 раз. Таким образом, как показали приведенные выше цифры, антисептические свойства анолита, приготовленного по заявляемому способу, по сравнению со способом-прототипом были в 1,6-1,7 раз выше.
Дополнительно проведенные опыты по второй методике с взвесью №1, в которых осуществлялось воздействие на указанную смесь анолитом, приготовленным по способу-прототипу и по заявляемому способу, были направлены на получение уточненных количественных оценок бактерицидного действия обоих активированных жидкостей.
Для этой цели после выдержки взвеси №1, смешанной с анолитом, полученным либо по способу-прототипу, либо по заявляемому способу, помещали в термостат, создавали в нем температуру 37°C и выдерживали в нем в течение суток.
После выдержки в термостате и высева на питательную среду осуществляли количественный контроль указанного вида бактерий с использованием микробиологического экспресс-анализатора «Бак Трак 4100» производства австрийской фирмы «SY-LAB». Методические указания по этой приведены в инструкции МУК 4.2.1111-02.
Методика проведения контроля с использованием микробиологического экспресс-анализатора «Бак Трак 4100» достаточно подробно описана также на стр.96-100 в работе [5].
В основе второй методики лежит импедансный способ.
Изменения импеданса происходят в питательной среде по мере того, как ее химический состав преобразуется в результате роста и метаболической активности микроорганизмов. Под действием микроорганизмов заряженные конечные продукты метаболизма выделяются в ростовую среду.
6
7
В основном незаряженные или слабозаряженные субстраты превращаются в сильнозаряженные конечные продукты: белки утилизируются до аминокислот, углеводы и жиры - до органических кислот и т.д. Образующиеся метаболиты имеют меньший размер и, таким образом, более подвижны. Эти электрохимические процессы приводят к существенным изменениям импеданса. Когда количество микроорганизмов достигает порога около 10-10 клеток/мл, наблюдаются экспоненциальные изменения импедансного сигнала. Время, необходимое для достижения значимого изменения импеданса, называется временем определения импеданса. Зная скорость деления бактерий в питательной среде по указанному времени, определяется исходная концентрация жизнеспособных бактерий, оставшихся во взвеси №1 после воздействия на нее анолитом, приготовленным либо по способу-прототипу, либо по заявляемому способу. Расчет упомянутой исходной концентрации жизнеспособных бактерий в микробиологическом экспресс-анализаторе «Бак Трак 4100» осуществляется автоматически по заложенной в анализатор программе.
Эксперименты по второй методике полностью подтвердили сделанный выше вывод о том, что антисептические свойства анолита, приготовленного по заявляемому способу, существенно выше антисептических свойств анолита, приготовленного по способу-прототипу. Уточненные с использованием микробиологического экспресс-анализатора «Бак Трак 4100» экспериментальные данные показали, что концентрация бактерий стрептококка группы Д (энтерококка) в активированной по заявляемому способу воде снижалась более чем в 150 раз, а количество стрептококка группы А уменьшалось более чем в 1300 раз. Использование для обеззараживания тех же стрептококков обычного анолита, полученного в бытовом электролизере с электродами из нержавеющей стали в способе-прототипе, дало более низкий эффект: концентрация бактерий стрептококка группы Д (энтерококка) в воде снижалась в 50 раз, а количество стрептококка группы А (возбудителя таких заболеваний, как ангина, ревматизм, скарлатина, нефрит и др.) уменьшалось более чем в 500 раз.
Таким образом, как следует из приведенных выше экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:
- использование в заявляемом способе вместо металлических электродов, применяемых в способе-прототипе, электродов из композиции, выполненной в виде дезинтегрированного до размеров 10-50 мкм мелкодисперсного шунгита, помещенного в оболочку из мелкопористой льняной ткани или из ткани, изготовленной из хлопка, и введенного в объем мелкодисперсного шунгита графитового или шунгитового стержня, к которому прикрепляют упомянутую оболочку, позволяет существенно повысить чистоту конечного продукта (активированной воды) за счет предотвращения попадания в воду опасных ионов металла по сравнению со способом-прототипом, при реализации которого в активированную воду поступают вредные и опасные ионы, вырванные под действием электрического поля из металлического анода;
- использование ультразвукового кавитационного воздействия на анод и анолит в заявляемом способе повышает интенсивность процесса электролиза воды и позволяет повысить по сравнению со способом-прототипом производительность получения анолита с заданными параметрами не менее чем в 1,8-2,6 раза;
- совместное использование шунгитовых электродов и ультразвукового кавитационного воздействия на анод и анолит в заявляемом способе повышает по сравнению со способом-прототипом антисептические свойства анолита более чем в 1,7 раза;
- приведенные результаты доказывают возможность практической реализации заявляемого способа и возможность его применения, в частности, в качестве антисептика для стерилизации медикаментов, помещений и в иных сферах деятельности людей.
Источники информации
1. hnp://http://www.kakprosto.ni/kak-46750-kak-poluchit-zhivuyu-vodu
2. Лечение «живой» и мертвой водой. - СПб.: Лениздат, «Ленинград», 2005. - 320 с. [с.91-92].
3. В. Хахалкин. Активатор для рассады // Моделист конструктор, 1987, №3, с.26-27.
4. Патент РФ на изобретение №2344996. Бытовой диафрагменный электролизер. // Опубликовано: 27.01.2009. Бюл. №3. - прототип.
5. Смирнов Г.В., Смирнов Д.Г. «Геоэкологические особенности микроорганизмов и способы их контроля»: монография. - Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2007, - стр.23-40.
6. Монография. В. Волков, Н. Волкова, Г. Смирнов. «Болезни биоминерализации (новейшая экология)». - Томск, Издательский дом «Тандем Арт»», 2004, - стр.361-364.
7. Брико Н.И., Ещина А.С., Ряпис Л.А. Лабораторная диагностика стрептококковых инфекций. Пособие для врачей и научных работников. М.: Хризосом, 2000, с.26.
8. Стрептококковые инфекции. II. Микробиологическая диагностика стрептококковых инфекций. Методические рекомендации. Издательство «Грантъ», 1999, с.15.
9. Руководство по микробиологической диагностике инфекционных болезней. Под ред. Матвеева К.И. и Соколова М.И. М., 1964, с.452.