Способ приготовления питьевой воды
METHOD FOR PREPARING DRINKING WATER

Изобретение относится к приготовлению очищенных артезианских вод с кондиционированием по солевому составу, применяемых в качестве питьевой воды и столового напитка, в том числе в лечебной и диетической практике и может быть использовано при очистке минерализованных, природных вод перед розливом воды в бутыли и другие герметичные емкости.
Известно изобретение «Способ приготовления питьевой или технологической воды и устройство для его осуществления» по патенту № 2448914 (МПК C02F 9/12, C02F 1/28). Данный приготовления питьевой или технологической воды, включающий очистку исходной воды, полученной из скважины, от взвешенных частиц и растворенных органических веществ, умягчение воды и дальнейшую фильтрацию с использованием наполнителей из кварцевого песка и глины, отличающийся тем, что фильтрацию осуществляют через систему отдельных фильтров со следующими наполнителями: первый фильтр с наполнителем из суглинка с прослоями супесей, второй фильтр с наполнителем из песка кварцевого мелкозернистого, третий фильтр с наполнителем из глины бурой с включением гравия и гальки, четвертый фильтр с наполнителем из песка кварцевого слабоглинистого, пятый фильтр с наполнителем из алеврита дробленого глинистого, шестой фильтр с наполнителем из глины зеленовато-светло-серой с гравием, седьмой фильтр с наполнителем из алеврита дробленого зеленовато-серого, восьмой фильтр с наполнителем из песка кварцевого, далее воду пропускают через девятый фильтр свечной керамический, обеззараживают в УФ-стерилизаторе и подают на выход.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом к заявленному изобретению (прототипом) является «Способ приготовления питьевой воды "ИВЕРСКАЯ"», по патенту № 2293067 (МПК C02F 9/08, A23L 2/38; C02F 1/68; C02F 1/42; C02F 1/44; C02F 103/04). Данный способ приготовления питьевой очищенной артезианской воды, кондиционированной по солевому составу, предусматривающий смешивание в определенном соотношении исходной артезианской минеральной воды с предварительно обессоленной обратным осмосом до общего содержания солей не более 0,02 г/дм этой артезианской минеральной воды, отличающийся тем, что в качестве исходной артезианской минеральной воды используют природную гидрокарбонатно-сульфатную натриево-кальциевую минеральную воду Сарматского водоносного слоя скважины № 76194 с содержанием катионов кальция 150-200 мг/дм, магния 40-60 мг/дм, натрия + калия 100-200 мг/дм, анионов хлора <100 мг/дм, гидрокарбонатов 400-550 мг/дм, сульфатов 400-550 мг/дм, общей минерализации 1,0-2,0 г/дм, перед подачей на установку обратного осмоса исходную воду подвергают дополнительной обработке аэрацией, фильтрованию через песчаный фильтр и фильтр тонкой очистки 5-10 мкм, умягчению на натрий-катионитовой ионообменной установке, смешивание исходной артезианской воды с предварительно очищенной осуществляют в объемном соотношении 1:15 соответственно с получением питьевой воды с жесткостью 0,1-1,0 ммоль/дм, рН 6,5-8,5 и с содержанием катионов кальция <50 мг/дм, магния <10 мг/дм, натрия <40 мг/дм, калия <5 мг/дм, анионов хлора 2-30 мг/дм, сульфатов 20-80 мг/дм, гидрокарбонатов <100 мг/дм, а после смешивания полученную воду фильтруют через фильтр тонкой очистки с разрешающей способностью 5-10 мкм и обрабатывают ультрафиолетовым облучением. Недостатками прототипа является несоответствие её физиологическим потребностям организма человека и поэтому нежелательность её повседневного употребления. Это объясняется тем, что в воде, приготовленной по прототипу, отсутствуют некоторые элементы, жизненно необходимые для организма человека, такие как селен и цинк. Отсутствие этих элементов в воде также снижает ее потребительское качество. Ни цинк, ни селен не депонируются в организме, поэтому сокращение их потребления с пищей быстро приводит к симптомам их дефицита. Также недостатком прототипа являются низкие органолептические свойства, не соответствующие потребностям организма человека.
Задача, которую поставил перед собой разработчик нового способа приготовления питьевой воды состояла в получении питьевой воды из артезианского источника для повседневного её употребления и максимального соответствия физиологическим потребностям организма человека, для комплексного укрепления его иммунной системы, способствующих защите организма от вирусов и простуд, для повышения антиоксидантного статуса организма, а также для улучшения функционального состояния его репродуктивной системы, обеспечение применения воды для профилактики и лечения различных заболеваний. Кроме того, задачей, стоящей перед разработчиком, являлось создание питьевой воды с более высокими органолептическими свойствами, заключающимися в его вкусовых качествах. Техническим результатом, достигнутым в процессе решения поставленной перед разработчиком задачи, является разработка способа получения питьевой воды сбалансированной по ионам натрия, калия, сульфата и гидрокарбоната, а также ионам селена и цинка, получения воды более высоких вкусовых качеств, приближающихся к вкусовым качествам талой ледниковой воды, её высокой степени чистоты, повышенной светлости и без запаха. Именно количественное соотношение содержания селена (Se) 0,04-0,06 % и цинка (Zn) 0,01-0,02 % в воде, полученного экспериментальным путём, позволило приблизить её к оптимальному соответствию физиологическим потребностям человека. Были получены приемлемые показатели солевого состава воды, её минерализации и содержания микроэлементов для постоянного употребления человеком без вреда для организма, которое оказывает обычная артезианская вода при регулярном употреблении. Особенно это касается почек человека. Техническим результатом также является расширение ассортимента производимых питьевых вод за счет подбора оптимальной комбинации приемов обработки природных вод различного состава, нуждающегося в коррекции.
3
3
3
3
3
3
3
Сущность заявленного изобретения состоит в том, что включает добычу артезианской минеральной воды с общей минерализацией 1,0-2,0 г/дм, с содержанием катионов: кальция 120-200 мг/дм, магния 30-60 мг/дм, натрия+калия 100-200 мг/дм, анионов: хлоридов <100 мг/дм, гидрокарбонатов 350-550 мг/дм, сульфатов 300-550 мг/дм из скважины, её аэрацию, затем из скважины, её аэрацию, затем фильтрацию на песчаных фильтрах и фильтрах тонкой очистки, далее умягчение и фильтрацию обратным осмосом с получением очищенной воды - пермеата, после чего, проведят купажирование в виде смешивания полученного на выходе из системы обратного осмоса пермеата с исходной артезианской минеральной водой в соотношении 6,7:1, причемна этапе купажирования дозируют минеральные добавки селена (Se) в виде концентрата с содержанием Se 10-14 мг./л. и цинка (Zn) в виде концентрата с содержанием Zn 12-16 мг./л., которые предварительно смешивают в дозирующем устройстве и подают в поток пермеата при следующем соотношении исходных компонентов, об. %:
Пермеат
85-89,95
Артезианская минеральная
вода
10-14,95
Селен (Se) в виде концентрата с
содержанием Se 10-14 мг/л
0,04-0,06
Цинк (Zn) в виде концентрата
содержанием Zn 12-16 мг/л
0,01-0,02
При этом точность дозирования минеральных добавок в виде концентратов селена (Se) и цинка (Zn) определяют по показателю электропроводности и в соответствии с результатами лабораторного анализа. А смешивание минеральных добавок в видеконцентратов селена (Se) и цинка (Zn) в дозирующем устройстве проводят при помощи насоса-дозатора.
Изобретение поясняется графически, где:
на фиг. 1 - изображена блок схема с последовательностью этапов приготовления питьевой воды.
3
дм3
3
3
3
3
3
Способ приготовления питьевой воды состоит из последовательных этапов: добыча минеральной лечебно-столовой воды из скважины; аэрация исходной воды; фильтрация на песчаных фильтрах и фильтрах тонкой очистки; умягчение исходной воды; фильтрация обратным осмосом; купажирование подготовленных вод; дозирование минеральных добавок; подготовка к розливу; розлив. На этапе добычи воды из скважины, артезианскую минеральную воду с общей минерализации 1,0-2,0 г/дм с содержанием катионов: кальция 120-200 мг/, магния 30-60 мг/дм, натрия+калия 100-200 мг/дм; анионов: хлоридов <100 мг/дм, гидрокарбонатов 350-550 мг/дм, сульфатов 300-550 мг/дм, добывают при помощи глубинного насоса, после чего ее подают в приемную емкость, установленную в отделении водоподготовки. Затем, из приемной емкости воду насосами подают на аэрационные установки, в которых происходит ее насыщение кислородом воздуха. При этом аэрационный узел состоит из аэратора, компрессора и устройства для регулирования аэрации. Аэратор оснащен распределителем воздуха, который распределяет мельчайшие пузырьки воздуха в воде, для окисления ионов железа и марганца, а также для достижения требуемого содержания кислорода в исходной воде. Компрессор аэрации служит для получения чистого от масел воздуха, необходимого для аэрации исходной воды. Устройство регулирования аэрации предназначено для тонкого регулирования количества воздуха для окисления и аэрации. При контакте с кислородом воздуха из растворенного в воде двухвалентного железа (Fe2+) и двухвалентного марганца (Mn2+) образуются нерастворимые в воде оксиды трехвалентного железа (Fe3+) и четырехвалентного марганца (Mn4+), которые затем осаждаются в песчаных фильтрах. Сам процесс фильтрации на песчаных фильтрах и фильтрах тонкой очистки характерен тем, что подачу исходной воды в песчаные фильтры осуществляют параллельным способом, одновременно во все фильтры. В фильтрующем слое происходит удаление из воды оксидов железа и марганца, механических примесей. Песчаные фильтры наполнены высокоэффективным фильтрующим материалом. Опорный слой - кварцевый песок.
Рабочие параметры песчаных фильтровальных установок:
Производительность каждого фильтра
до 5 м<sup>3</sup>/час
Рабочее давление
4 Бар
Падение давления на фильтрующем слое
0,1-0,3 Бар
Рабочая температура
макс. 35°С
Масса фильтрующего материала
1275 кг
Количество опорного слоя
75 кг.
При этом песчаные фильтры оснащены устройством для проведения обратной промывки и взрыхления всего фильтрующего слоя воздухом, в результате чего достигается эффективное механическое очищение песка от загрязнения. Обратную промывку проводят подготовленной водой, из емкостей, которая подается на песчаные фильтры насосом. Направление потока воды при промывке снизу-вверх. Роторный компрессор подает воздух, предназначенный для перемешивания песка. Затем, отфильтрованная на песчаных фильтрах от крупных механических примесей вода поступает на фильтры тонкой очистки, где, проходя через полипропиленовые картриджи с диаметром пор 5 мкм, происходит удаление оставшихся более мелких механических примесей и частично микроорганизмов. Профильтрованная вода подается в накопительные емкости.
Рабочие параметры фильтров тонкой очистки:
Картриджи полипропиленовые
14-24 шт
Диаметр пор картриджей
5 мкм
Рабочее давление
6 Бар
Падение давления на фильтрующем слое
0,5 Бар
Температура воды
5°С до 35°С.
Этап умягчения воды необходим для защиты мембран обратного осмоса от образования налета за счет удаления из воды солей кальция и магния. Он характерен тем, что применяют ионообменные фильтры (умягчители), действия которых основан на реакции ионного обмена на зернах натрий-катионитовой смолы. Во время прохождения через умягчитель жесткой воды, происходит обмен ионов кальция и магния (задерживаются смолой) на ионы натрия (переходят в воду), безопасные для мембранных элементов обратно-осматической установки. Из накопительных емкостей вода насосами подается на установку умягчения, состоящую из 2-х колонн. Установка умягчения выполнена в виде маятниковой установки, т.е. первая колонка обменника находится в режиме эксплуатации, в то время как вторая колонка обменника находится в режиме регенерации или ожидания. Режим работы установки - автоматический. Каждая колонка между двумя регенерациями производит определённое количество умягченной воды, после чего автоматически начинается процесс регенерации смолы. Регенерирующим средством служит таблетированная пищевая соль NaCl, засыпаемая в бак-солерастворителя. Регенерация ионообменной смолы проходит в автоматическом режиме и состоит из 4 стадий: обратная промывка водой, обратная промывка рассолом, прямая промывка водой и заполнение емкости для рассола умягченной водой. Отрегенерированная колонка автоматически переводится в режим ожидания.
Рабочие параметры установки умягчения:
Режим работы
автоматический
Рабочее давление макс
4 бар
Рабочее давление мин
2,5 бар
Производительность между двумя регенерациями
60 м<sup>3</sup>
Средство регенерации
NаСl
Количество регенерирующего средства на одну регенерацию
175 кг NaCl
Температура воды
от 5°С до 30°С
Наполнение смолы на ионообменник
650 л.
Пройдя этап умягчения, вода поступает на установку обратного осмоса, на которой происходит глубокая деминерализация подготовленной воды при помощи мембранной технологии. Умягченная вода при помощи насоса подается на фильтр предварительной очистки, защищающий мембраны от попадания посторонних включений. После фильтра вода насосом высокого давления подается на мембраны. Насос создает на мембранах необходимое для процесса опреснения давление. Мембраны разделяют поток сырой воды на поток очищенной воды - пермеата, и поток концентрата.
Рабочие параметры установки обратного осмоса (на примере модели R-1000):
Температура воды
от 5°С до 35°С
рН воды мин/макс
3 - 11
Давление сырой воды на входе мин/макс
2 - 6 бар
Рабочее давление
16 бар
Потребление подготовленной воды
8 м³/час
Производительность при 15°С
6 м³/час
Выход пермеата
75-80%
Мембрана
композитная полиамидная.
3
3
3
В конце данного этапа получают очищенную воду, обессоленную обратным осмосом до общего содержания солей не более 0,02 г/дм от первоначальных показателей добытой артезианской минеральной воды. Этап купажирования подготовленных вод характерен тем, что на выходе из установки обратного осмоса при помощи перемешивающего и дозирующего устройства очищенную воду - пермеат смешивают в соотношении 6,7:1, согласно рецептуре (таблица № 1), с исходной артезианской минеральной водой, которую при помощи насосов подают из емкостей. Точность смешения определяют по показателю электропроводности и по результатам лабораторного анализа. После чего производят дозирование концентратов минеральных добавок селена (Se) и цинка (Zn). Подготовленные минеральные добавки тщательно перемешивают путем встряхивания и переливают в пластиковую дозировочную емкость с мешалкой, из которой при помощи насоса-дозатора в автоматическом режиме в поток купажированной воды вводятся минеральные добавки в пропорциях, согласно рецептуре (таблица № 1). На блоке управления дозирующего устройства выставляют показатель объема минеральной добавки от 10 до 20 мл на импульс, корректировку рабочих параметров дозирующего устройства производят по результатам лабораторного анализа. Точность дозирования минеральной добавки определяют по показателю электропроводности и в соответствии с результатами лабораторного анализа. Процедура дозирования минеральных добавок селена (Se) и цинка (Zn) обеспечивает содержание микроэлементов в получаемой питьевой воде на уровне, не превышающем допустимые, содержание: селена - не более 10 мкг/дм, цинка - не более 5мг/дм. Необходимо подчеркнуть, что именно количественное соотношение содержания селена (Se) 0,04-0,06 % и цинка (Zn) 0,01-0,02 % в воде позволило получить её оптимальное соответствие физиологическим потребностям человека
Рабочие параметры насоса-дозатора:
Производительность макс.
12 л/ч
Давление макс.
6 Бар
Частота макс.
180 ход/мин
Температура дозируемого материала
от 0 до 50°С.
На этапе подготовке к розливу, подготовленную продуктовую питьевую воду подают в накопительные емкости. Непосредственно перед розливом вода проходит ультрафиолетовую установку, где происходит проникновение УФ-излучения сквозь воду и обеззараживание воды, за счет разрушения клеточной структуры микроорганизмов.
Рабочие параметры ультрафиолетовых установок:
Доза облучения, не менее
16 мДж/см<sup>2</sup>
Температура воды мин/макс
от 5°С до 35°С
Рабочее давление, не более
10 бар.
Воду питьевую разливают в емкости номинальным объемом от 0,2 л до 5,0 л в бутылки из полиэтилентерефталата (ПЭТ) для пищевых жидкостей, изготовленные по ГОСТ 32686 или ТУ производителя и в бутыли из поликарбоната номинальной вместимостью 19 л, изготовленные по ГОСТ 33756, разрешенные к применению в установленном порядке для контакта с пищевыми продуктами.
Таблица № 1
<b>Наименование </b>
<b>Рецептура </b>
<b>%</b>
<b>на 1000 л готовой продукции, л</b>
Пермеат
85 - 89,95
849,2 - 899,5
Артезианской минеральной воды
10 - 14,95
100 - 150
Минеральная добавка селен (Se) в виде концентрата с содержанием Se 10-14 мг/л
0,04 - 0,06
0,4 - 0,6
Минеральная добавка цинка (Zn) в виде концентрата с содержанием Zn 12-16 мг/л
0,01 - 0,02
0,1 - 0,2
Полученная питьевая вода имеет следующий химический состав:
<b>Наименование показателя</b>
<b>Ед.</b><b>изм.</b>
<b>Норматив по ТУ</b>
<b>Органолептические показатели</b>
Водородный показатель (рН)
ед.
5 - 9
Запах при 20°С
балл
не более 0
Запах при нагревании до 60°С
балл
не более 1
Мутность
ЕМФ
не более 1
Привкус
балл
не более 0
Цветность
град
не более 5
<b>Показатели солевого состава</b>
Жесткость общая
мг-экв/л
не более 7
Минерализация общая
мг/дм<sup>3</sup>
200 - 1000
Гидрокарбонат (HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>)
мг/дм<sup>3</sup>
не более 200
Йодиды (J<sup>-</sup>)
мг/дм<sup>3</sup>
не более 0,125
Кальций (Ca<sup>2+</sup>)
мг/дм<sup>3</sup>
30 - 120
Магний (Mg<sup>2+</sup>)
мг/дм<sup>3</sup>
5 - 50
Нитраты (по NO<sub>3</sub><sup>-</sup>)
мг/дм<sup>3</sup>
не более 20
Сульфаты (SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>)
мг/дм<sup>3</sup>
не более 150
Фосфаты (РO<sub>4</sub><sup>3-</sup>)
мг/дм<sup>3</sup>
не более 3,5
Фториды (F<sup>-</sup>)
мг/дм<sup>3</sup>
не более 1,0
Хлориды (Cl<sup>-</sup>)
мг/дм<sup>3</sup>
не более 200
Цианиды (по CN<sup>-</sup>)
мг/дм<sup>3</sup>
не более0,035
Железо (Fe) суммарно
мг/дм<sup>3</sup>
не более 0,3
Селен (Se)
мг/дм<sup>3</sup>
0,001-0,010
Цинк (Zn)
мг/дм<sup>3</sup>
0,5-5,0