СПОСОБ ПРОМЫШЛЕННОГО ПОЛУЧЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ, ПОДХОДЯЩЕЙ ДЛЯ ПИЩЕВОГО ПРИМЕНЕНИЯ
METHOD FOR INDUSTRIAL PRODUCTION OF SEA WATER SUITABLE FOR FOOD USE

Настоящее изобретение касается инновационного и изобретательского способа промышленного получения морской воды, подходящей для пищевого применения.
Способ согласно настоящему изобретению является абсолютно новым, так как на сегодняшний день в предшествующем уровне техники не существует способов подобного типа, позволяющих получать нетоксичную, микробиологически чистую, фильтрованную и стерилизованную воду, подходящую для использования в больших объемах или в качестве бутилированной морской воды для широкого диапазона применений.
Способ согласно настоящему изобретению, кроме того, является патентоспособным, так как он решает задачу получения на промышленном уровне и с минимальными производственными затратами микробиологически очищенной морской воды таким образом, что эта вода может быть подходящей для пищевого применения. При этом в качестве сырья используют морскую воду, уже обработанную известными из уровня техники водоочистными станциями, такими как станция центра очистки моллюсков (mollusc-purification centre, МРС), подвергая ее дальнейшей обработке с целью очистки и постоянным периодическим проверкам основных параметров, предоставляя, таким образом, новый способ, разработанный для промышленного получения морской воды, подходящей для пищевого применения и для продажи как большими объемами (т.е., такими, которые могут продаваться посредством танкеров или топливозаправщиков), так и малыми объемами (бочки, бутылки, диспенсеры) для неограниченного числа и разновидностей возможностей применения, таких, например, как: морская вода для пищевого применения, в качестве приправы или ингредиента или основы для приготовления пищевых продуктов; морская вода для лечебного применения; морская вода, применяемая для занятий хобби, такая как вода для морских аквариумов; и т.д.
3
2
2
Морская вода представляет собой воду, обычно обнаруживаемую в морях и океанах, средняя концентрация растворенных солей в которой составляет приблизительно 35 г/л (в Нижней Адриатике концентрация немного выше). Концентрация растворенных солей, очевидно, варьируется в соответствии со вкладом рек, осадков и интенсивностью испарения. Соотношение солей, напротив, практически всегда остается одним и тем же, с преобладающим процентным содержанием хлорида натрия (NaCl), который обычно присутствует в диапазоне от 70 до 80% по отношению к общему количеству растворенных солей. Другие элементы и соединения, часто присутствующие в виде растворенных солей в ионной форме, представляют собой кальций (Ca), магний (Mg) и карбонаты (CO), а также серу (S) и калий (K). В морской воде также обнаруживают нитраты и фосфаты, которые поднимаются к поверхности за счет течений и способствуют развитию автотрофных организмов (морских водорослей). В морской воде также присутствуют два растворенных газа - кислород (O) и диоксид углерода (CO), которые обеспечивают жизнеспособность живых существ, населяющих море, посредством обеспечения дыхания и хлорофилльного фотосинтеза, соответственно. В море в малом процентном количестве растворены многие другие элементы, называемые олигоэлементами, к которым относится стронций (Sr), бор (В), кремний (Si), фтор (F) и иод (I), и, кроме того, планктон и органические отходы или разлагающиеся органические вещества (растворенное органическое вещество, DOM).
Следовательно, обработка морской воды, в соответствии с ее предполагаемыми применениями, влечет технологически дорогостоящие и сложные процессы, что часто предусматривает использование очень дорогостоящих крупноразмерных станций.
В настоящее время известны станции обработки морской воды с целью очистки съедобных двустворчатых с помощью процедуры, включающей, последовательно, стадии седиментации, фильтрации и дезинфекции.
Седиментация представляет собой наиболее подходящий метод для систем с рециркуляцией воды, поскольку системы без рециркуляции потребовали бы больших водосборных бассейнов. Указанный процесс осуществляют в больших резервуарах, где взвесь оставляют оседать обычно в течение дня (как правило, цикл длится двенадцать часов или более), так что частицы крупных и средних размеров оседают на дно резервуара. Важно отсутствие движения морской воды в течение указанного периода декантации, чтобы предотвратить явления, которые могли бы перевести флокулирующий в процессе седиментации материал обратно в суспензию. Недостатком данной стадии является тот факт, что очень мелкие частицы не оседают и, таким образом, в любом случае сам по себе способ седиментации не достаточен.
Последующая стадия фильтрации направлена на удаление мутности из воды, начиная с мутности, причиной появления которой является суспензия частиц от самых крупнозернистых до коллоидных, адсорбирующих неприятные запахи, вкусы и цвета, а также органические микрозагрязнители и тяжелые металлы. В большинстве случаев промышленные фильтры изготовлены из стали и покрыты антикоррозионной защитой, изнутри образованной толстым слоем эпоксидных смол, подходящих для пищевого применения, а снаружи синтетической эмалью. Подходящий фильтрующий материал представлен различными наслоенными минералами, такими как антрацит и кварцевые пески с различным размером зерен. Иногда необходимо обеспечивать две последовательно фильтрующие системы, позволяющие устранять мутность любого типа, обеспечивая, таким образом, качество фильтрата. Данная стадия фильтрации при обработке морской воды, предназначенной для очистки моллюсков, обусловлена тем, что обработанная таким образом вода может быть впоследствии подвергнута процессу дезинфекции.
Дезинфекция воды в любом случае необходима для предотвращения негативных последствий возможной контаминации и обеспечения защиты от патогенных микроорганизмов, в естественных условиях присутствующих в морской воде, таких как вибрионы. Наиболее распространенные системы для дезинфекции морской воды предусматривают применение ультрафиолетового облучения или соединений хлора или озона.
Система УФ (ультрафиолетовой) дезинфекции для обработки морской воды может быть или непрерывно-проточного, или рециркуляционного типа. Очень часто на водоочистных станциях для дезинфекции применяют УФ-лампы, испускающие излучение в ультрафиолетовой области спектра (длины волн от 200 до 280 нм, с пиком кривой бактерицидной эффективности при 254 нм). Каждая установка образована единичной УФ-лампой, покрытой кварцевым рукавом и помещенной в трубу таким образом, что морская вода циркулирует в пространстве, заключенном между трубой и рукавом, и оптимально облучается УФ-излучением.
Обычные недостатки указанных способов дезинфекции почти отсутствуют при использовании ультрафиолетового излучения, но присутствуют при использовании хлора и озона, так как:
- хлор требует сложного оборудования и обладает низкой способностью к устранению вирусов, высокой токсичностью для людей, образует тригалогенметаны, а также обладает раздражающим действием на самих моллюсков в случае, когда воду применяют для очищающей обработки;
- озон, с другой стороны, обладает недостатком существенной дороговизны, как в качестве дезинфицирующего средства, так и в плане затрат для соответствующей станции, так как представляет большие сложности в ходе ввода станции в эксплуатацию и в течение процесса дезинфекции, с дополнительными затратами на поддержание предприятия в установившемся рабочем режиме и дополнительными недостатками, связанными с возможной неэффективностью действия самого дезинфицирующего средства.
Морскую воду, обычно обрабатываемую с помощью указанных способов, иногда также применяют для пищевых целей, таких как приготовление пищи или домашняя чистка и мойка рыбопродуктов, но такая вода дополнительно обладает очень существенным недостатком, так как не всегда представляется возможным гарантировать совершенную очистку обработанной таким образом воды.
Решением Европейского агентства по безопасности продуктов питания (EFSA) от 20 марта 2012 г. установлено, что морская вода, чтобы быть подходящей для бутилирования, должна отвечать физико-химическим и микробиологическим показателям, согласующимися с требованиями законодательного акта №31/2001; кроме того, в отношении микробиологических показателей тесты образцов морской воды должны быть отрицательными в отношении Clostridium botulinum и Vibrio spp., а содержание бора должно составлять менее 1 мг/л.
Из документа JP 2010058080 известен способ обработки морской воды, способный уменьшить размер известного в области техники устройства для обработки морской воды и затраты на него и продлить срок службы разделительной мембраны, а также устройства для обработки воды.
Для осуществления вышеизложенного документом JP 2010058080 предусмотрен способ для обработки морской воды, который описывает так называемую стадию удаления ТЕР (transparent exopolymer particles), то есть стадию удаления прозрачных частиц экзополимера (ТЕР). Экзополимер представляет собой биополимер, секретируемый организмом в процессе его развития, например, экстракорпорально по отношению к самому организму. Указанные экзополимеры включают продуцируемые бактериями биопленки, которые обладают функцией прикрепления и защиты бактерий в процессе их развития от морской воды, и предложена вставка первой разделительной мембраны только после стадии обработки морской воды для применения мембранного разделения, после стадии удаления ТЕР. Стадия удаления ТЕР предпочтительно предусматривает стадию ведения магнитных частиц в морскую воду, так что последующая адгезия магнитных частиц к компоненту ТЕР, содержащемуся в морской воде, может запустить стадию отделения компонента ТЕР, который прилипает к магнитным частицам в морской воде.
Основной недостаток патента JP 2010058080 состоит в том, что он не решает проблему снижения содержания бора, чтобы получить морскую воду, находящуюся в пределах, установленных EFSA для применения в пищевых целях.
В документе CN 202201774 U приведено описание станции для обработки морской воды для марикультур, включающей насос, подходящий для морской воды, установку для предварительной обработки, установку для мембранной фильтрации для микрофильтрации/ультрафильтрации, особый тип насоса для подачи жидкости на станции, способ оксигенирования воды с беспузырьковой мембранной установкой, и установку для УФ-стерилизации, где указанные установки последовательно соединены трубами, а также дополнительное устройство для введения химического вещества и устройство для подачи кислорода, которое присоединено к заборному устройству для газовой фазы указанной беспузырьковой мембранной установки, где указанное химическое вещество устройством ведения добавляют на водонапорном участке процесса стерилизации, находящемуся между устройством для УФ-стерилизации и резервуаром, содержащим марикультуру.
Установка для мембранной фильтрации для микрофильтрации/ультрафильтрации, описанная в документе CN 202201774 U, может, помимо прочего, включать некоторый тип или множество типов в виде комбинации: аэратора, отверстия для сброса сточных вод, устройства очистки мембраны и интегрированный ПЛК (программируемый логический контроллер) автоматизированной системы управления. Способ или процесс, предусмотренный документом CN 202201774 U, прост в использовании, может быть легко реализован для применения в автоматическом режиме и, с помощью обработки морской воды для марикультур или культур, циркулирующих в сточных водах станций, возможно получать стабильную и высококачественную морскую воду.
Основной недостаток патента CN 202201774 U также состоит в том, что он не решает проблему снижения содержания бора, чтобы получить морскую воду, находящуюся в пределах, установленных EFSA для применения в пищевых целях.
Из документа DE 102007040763 также известен борселективный ионообменник, включающий полиольные соединения, который может быть использован, например, для селективного выделения бора из жидкостей, включая морскую воду, питьевую воду или технологическую воду (поступающую или отработанную) электронных производств. Указанный обменник предусматривает ионообменник, содержащий полиольные структуры с определенной общей формулой.
-1
Хотя способ, раскрытый в патенте DE 102007040763, делает возможным снижение содержания бора до уровня миллиардной доли (млрд), он не предусматривает применения обработанной воды в качестве морской воды для пищевых целей.
Ни одно из приведенных выше известных решений не в состоянии предоставить морскую воду, обработанную на промышленном уровне, которая соответствовала бы требованиям, установленным EFSA, и одновременно могла бы быть применена для пищевых целей.
В качестве одной из основных целей настоящего изобретения предложен способ промышленного получения очищенной и микробиологически чистой морской воды, в отношении которой, кроме того, гарантировано отсутствие любых токсических и вредных веществ, всегда начинающийся с прямого забора воды из моря, чтобы получить промышленные количества указанной воды, соответствующей действительным законодательным требованиям для того, чтобы быть использованной в больших объемах или в качестве бутилированной морской воды для различных применений, также для пищевого применения, с минимизированными затратами на получение. Для достижения вышеуказанных целей предложен способ промышленного получения морской воды, которая может быть бутилирована и использована также для пищевого применения в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.
Вышеуказанные цели и, как следствие, преимущества, а также отличительные особенности промышленного способа согласно настоящему изобретению будут более ясно показаны в описании предпочтительного варианта реализации, который приведен далее в тексте данного документа исключительно в качестве неограничивающего примера, в частности, с помощью ссылок на прилагаемые схематические рисунки, где:
Фиг. 1 представляет собой схему, иллюстрирующую способ промышленного получения морской воды М, уже очищенной и профильтрованной М1, с использованием известной в области техники станции Р1; и
Фиг. 2 представляет собой схему, иллюстрирующую станцию обработки Р2 согласно настоящему изобретению, для дополнительной обработки уже очищенной воды М1, так, чтобы последняя, подвергнутая дополнительной обработке, М3, обладала бы такими показателями, чтобы быть подходящей для пищевого применения.
Способ согласно настоящему изобретению для промышленного получения очищенной и микробиологически чистой воды М3 был разработан с целью решения реальных проблем организации водоочистительной станции, находящейся под управлением настоящего заявителя.
Чтобы провести тесты функциональности разработанного способа, последний протестировали на морской воде М1, поступающей с известной в области техники и официально признанной станции очистки и фильтрации Р1, которая забирает морскую воду М напрямую из толщи морской воды, расположенной перед самим предприятием, чьим собственником является обладатель настоящей патентной заявки, и подвергает морскую воду М известным физическим процессам на стадиях седиментации 3, фильтрации 4 и стерилизации 5.
В частности, как можно понять из схемы, представленной на Фиг. 1, забор воды М проводят из моря через канал доставки 2 и перемещают ее в резервуар для седиментации 3, где диафрагмы сепаратора обеспечивают седиментацию присутствующих частиц и слив очищенной надосадочной жидкости. В данном резервуаре расположены заливные трубки насосов, которые переносят воду из вышеуказанного резервуара для седиментации в установку для очистки воды, используемую на стадии фильтрации 4, расположенную в центрах очистки моллюсков (МРС)/центре отгрузки моллюсков (Mollusc-Shipment Centre, MSC). Установка для очистки воды представлена системой полной фильтрации, образованной двумя последовательно соединенными фильтрационными колоннами, содержащими пески с различным размером гранул, которые способны удалить значительную часть мутности, присутствующей в морской воде. Стадия стерилизации 5 обеспечивается стерилизатором на основе УФ-лампы, содержащим множество стерилизующих установок, каждая из которых снабжена лампами, испускающими ультрафиолетовое излучение с длиной волны, находящейся в диапазоне от 250 до 255 нм, и разработанными для денатурации и снижения содержания генетического материала бактерий, грибов, вирусов и морских микроводорослей, в случае их возможного выживания после прохождения предшествующей системы полной фильтрации.
Таким образом, обработанную на данной известной в области техники MPC/MSP станции Р1 воду М1 применяется для очистки моллюсков в соответствии с действующими нормативами Европейского Союза.
Вначале, даже при том, что аналитические результаты образцов очищенной воды М1 на выходе из вышеуказанной MPC/MSC станции Р1 не показывали аномалий с микробиологической точки зрения, до разработки настоящего способа они показывали значения содержания бора в интервале от 3,3 до 3,9 мг/мл. Для приведения значения показателя содержания бора к пределу в 1 мг/л, как это предусмотрено вышеупомянутым решением EFSA, был разработан способ для очистки морской воды М, чтобы обрабатывать уже очищенную морскую воду М1 посредством второй полностью инновационной станции Р2, последовательно добавленной на вышеуказанных MPC/MSC станциях.
Таким образом, была разработана и внедрена вторая станция Р2 для дальнейшей обработки морской воды М1, которая уже была очищена, на которой применяют обменник 6 с селективной ионообменной смолой для снижения содержания бора.
Настоящий способ для промышленной очистки морской воды отличается тем, что в нем вслед за первой известной в области техники вышеуказанной станцией Р1 последовательно применяют вторую водоочистительную станцию Р2 для обработки морской воды М1, полученной от вышеуказанной первой водоочистительной станции Р1 (которая может быть использована для вышеуказанной MPC/MSC станции), вышеуказанную воду М1, которая уже была очищена, подвергают дополнительной инновационной обработке на Р2 перед тем, как ее образцы отбирают и анализируют 9, и затем направляют на завершающую стадию бутилирования 10; причем выполняют цикл анализов с проверками образцов 9 на показатель содержания бора в морской воде, отобранных до М1 и после М2 стадии снижения содержания бора, используя ионообменник 6.
Вторая станция Р2 в предпочтительном, но не ограничивающем варианте применения была изначально разработана для реализации стадии снижения содержания бора 6 с использованием обменников, содержащих 50 кг смолы, каждый из которых позволяет обрабатывать очищенную морскую воду М1 при скорости потока приблизительно 2000 литров в час. Морская вода М1, проходя через смолу, высвобождает только бор, который в анионной форме связывается с катионными группами, присутствующими на смоле. Таким образом, элюат М2 сохраняет свой оригинальный химический состав без изменения других физико-химических показателей (в частности, солесодержания и ионного состава).
Морскую воду М2 на выходе со станции удаления бора перед стадией бутилирования 10 подвергают дополнительному процессу фильтрации на стадии 7 через фильтр с полипропиленовым картриджем и дополнительной стадии полной стерилизации 8 с помощью УФ-облучения. Вышеуказанный фильтрующий картридж 7 может периодически заменяться и в любом случае подлежит замене после обработки приблизительно десяти кубометров воды, при этом УФ-лампа может заменяться приблизительно после 8500-9000 часов работы. Немедленно после второго процесса стерилизации Р2 обработанная таким образом вода М3 является, что следует из анализов, основанных на периодически проводимых случайных отборах проб 9, совершенно пригодной для пищевых целей и, следовательно, может быть бутил ирована в полиэтиленовые контейнеры 10 различной вместимости для продуктов питания.
Из схемы, представленной на Фиг. 2, можно ясно понять, как воду М3, полученную с помощью способа согласно настоящему изобретению, подвергают, с помощью периодически проводимого случайного отбора проб, множеству анализов и проверок 9 (пунктирная линия от 9 к 10).
Разработанный способ был предварительно проверен посредством тестов на стабильность в лаборатории компании при помощи консервации образцов обработанной таким образом воды М3 в термостатируемых условиях при температуре 37°C в течение 30, 60 и 90 дней, и вышеуказанные образцы позволили определить срок хранения должным образом консервированного продукта как, по меньшей мере, один год с даты бутилирования.
В качестве дополнительной верификации правильности разработанного способа, и, следовательно, также в качестве защиты продукта и потребителя, был выполнен цикл анализов с проверками образцов 9 на показатель содержания бора в морской воде, отобранных до (М1) и после (М2) ввода в эксплуатацию станции для снижения содержания бора, используя обменник 6. Стадия 9 анализа морской воды также предусматривает проверку на винилхлорид, акриламид и эпихлоргидрин (отборы образцов представлены на Фиг. 2 с помощью пунктирных линий, берущих начало в точках отбора морской воды, проведенного на входном участке, М1, и выходном участке, М2, станции с помощью обменника 6 и заканчивающихся на символе, показывающем вышеуказанную стадию анализа 9). Кроме того, возможны дополнительные анализы самоконтроля с использованием фотометра для измерения характеристических показателей бора и соответствующей мутности морской воды М1 и М2 с помощью тестового набора и определенных методик. Кроме того, предусмотрены периодические внутренние проверки микробиологических показателей каждой партии продукции, как в отношении показателей общей бактериальной нагрузки при 37°C и 22°C, так и в отношении Escherichia Coli and Enterococci. Кроме того, предусмотрены другие аналитические определения согласно требованиям действующих стандартов, включая такие показатели как Vibrio spp. и Clostridium botulinum.
На стадии бутилирования 10 формат бутылок, содержащих морскую воду М3 для пищевого применения, предусмотрен, начиная с минимальных объемов (несколько десятков миллилитров) для одноразовых пакетиков или пульверизаторов (в качестве приправы для салатов, в которых морскую воду смешивают с маслом) до одно-, двух- и трехлитровых бутылок (в качестве ингредиента для приготовления рыбы, моллюсков, ракообразных, морских водорослей, макаронных изделий, риса, зерновых продуктов и овощей), а также в пяти- и десятилитровом формате (для приготовления теста для выпекаемых продуктов, хлеба, пиццы, соленых кондитерских изделий, и для поддержания в живом состоянии или обеспечения свежести рыбы, моллюсков, ракообразных и морских водорослей).
Основным преимуществом способа согласно настоящему изобретению, в котором морская вода М, в дополнение к указанным стадиям или процессам декантации 3, фильтрации 4 и стерилизации 5, также подвергается дополнительной стадии 6 снижения содержания бора, с дополнительными последующими стадиями фильтрации 7 и полной стерилизации микроорганизмов 8, является то, что он гарантирует (с помощью постоянных анализов и проверок 9 морской воды М, а также воды на различных стадиях ее очистки М1, М2, М3) получение морской воды М3, являющейся микробиологически чистой и, следовательно, свободной от любых патогенных агентов, с соответствующими преимуществами, заключающимися в том, что эта вода может быть использована даже в бутылках 10 для широкого диапазона применений, в основном в пищу.
Также очевидно, что многочисленные модификации, адаптации, объединения, вариации и замещения элементов другими функционально эквивалентными элементами могут быть применены к примеру воплощения способа по настоящему изобретению, описание которого приведено выше с помощью иллюстративного и неограничивающего примера, без отступления от объема защиты результирующей формулы изобретения.