Устройство для замораживания в бутылках насыщенной кислородом артезианской воды в зимних условиях на открытом воздухе

Предлагаемая полезная модель относится к установке (устройству) для обработки воды из артезианских скважин и замораживания ее в бутылках, как правило, в зимних условиях на открытом воздухе для последующего употребления ее в талом виде. А в результате такой обработки вода более полно очищается от растворенных в ней солей и существенно улучшаются биологические свойства и качество воды. В отличие от известного устройства для улучшения качества воды замораживанием и оттаиванием по источнику научно-технической информации (1) предлагаемое техническое решение выполнено следующим образом и содержит: последовательно соединенные в единую технологическую линию следующие узлы, агрегаты и устройства: подсоединенный к трубопроводу с артезианской водой эжектор, подсоединенный, в свою очередь, к закрытой емкости воды, выполненной в форме расширяющегося кверху усеченного конуса, при этом к эжектору подсоединен озонатор воздуха, а эжектор подсоединен к закрытой емкости у ее днища тангенциально к наружной поверхности емкости и в горизонтальной плоскости с возможностью более полного насыщения воды кислородом и озоном, а также закручивания потока воды в направлении против часовой стрелки; автоматизированную линию розлива в бутылки из закрытой емкости с обработанной водой; установленный, по меньшей мере на открытом воздухе в зимних условиях поддон для установки на нем на ложементах горловинами вниз опрокинутых кверху дном заполненных водой и закрытых пробками бутылок для замораживания, при этом горловины бутылок расположены в, изолированной от окружающего поддон холодного воздуха, замкнутой полости с возможностью подогрева и поддержания температуры в этой полости, по меньшей мере +4°C при помощи электрических ламп накаливания, по меньшей мере, выполненных из стекла синего цвета, а также установленными в полости поддона множества светодиодов нового поколения, излучающих свет, аналогичный спектру солнечного излучения. Установка также содержит дополнительно компьютерную систему управления технологическими режимами замораживания и обработки воды. 1 н.з.п. и 1 з.п. ф-лы, 3 илл.

Предлагаемая полезная модель относится к устройству для замораживания в бутылках насыщенной кислородом артезианской воды в зимних условиях на открытом воздухе для последующего употребления ее в талом виде. В результате этого вода более полно очищается от растворенных в ней солей, при этом существенно улучшаются биологические свойства и качество воды.

Известен «Способ и устройство для очистки воды» по описанию патента РФ 2404131, класс МПК C02F 1/22, С02F 1/18, опубликовано 20.11.2010 г. (1).

Сущность устройства, обеспечивающего данный способ очистки воды, заключается в следующем. Вода в герметично закрытом сосуде замораживается полностью, при этом вода начинает замерзать от наружной стенки сосуда к центру сосуда, при этом соли, содержащиеся в воде, по мере замерзания выдавливаются к центру сосуда. Образующийся в центре сосуда рассол замерзает в последнюю очередь.

Получение очищенной воды происходит в три этапа.

После замораживания воды сосуд переворачивают вверх дном и начинают процесс размораживания. Первым оттаивает слой замороженной воды, прилежащий к стенке сосуда, и эта вода (не питьевая) собирается в отдельную герметичную емкость самотеком.

На втором этапе очистки получают чистую воду при дальнейшем таянии массы льда в сосуде, при этом необходимо контролировать непосредственную границу оттаивания чистой воды от массы льда, содержащей соли (рассол).

На третьем этапе производят таяние массы льда, содержащей рассол и его удаление.

Данное устройство для получения чистой воды имеет ряд недостатков, а именно:

- по своей конструкции это устройство достаточно сложное и трудоемкое по обслуживанию, так как требуются контрольные приборы за процессом таяния и разграничения границы между массой чистого льда и массой льда, содержащей рассол;

- для выделения чистой талой воды необходимо растопить всю массу льда;

- очищенная на данном устройстве талая вода сохраняет свои биологические свойства лишь определенное время и ее нельзя длительное время хранить.

Известен «Способ улучшения качества питьевой воды замораживанием и оттаиванием», по описанию патента РФ 2186033, класс МПК С02F 1|22, С02F 5|00, С02F 103:08, опубликовано 27.07.2002 г. (2).

Сущность данного технического решения заключается в том, что исходную воду замораживают в сосуде с отношением высоты к линейному размеру поперечного сечения равным или больше 2, растапливают в том же сосуде при температуре до +30°C и верхний очищенный слой жидкости объемом равным или меньше 75% от общего объема замороженной воды сливают (сифонированием), при этом оттаивание ведут так, что сосуд находится неподвижно в вертикальном положении, а сливание очищенной воды проводят не позднее чем через сутки по окончании оттаивания.

Однократное использование данного способа позволяет снизить общее солесодержание воды на 20-65%. При повторении способа по отношению к очищенной воде можно снизить общее солесодержание до любой желаемой величины.

Недостатком данного способа улучшения качества питьевой воды замораживанием и оттаиванием и используемого оборудования является то, что это устройство не обеспечивает высокую производительность очистки воды. А нагрев воды до +30°C после оттаивания и использование в течение суток после оттаивания значительно снижает биологические свойства воды и ее полезность.

Целью предлагаемого технического решения является разработка конструкции устройства для замораживания в бутылках насыщенной кислородом артезианской воды в зимних условиях на открытом воздухе для более эффективной очистки от содержащихся в ней солей и улучшения ее биологических свойств.

Указанная цель достигается следующим образом.

В отличие от известного устройства для улучшения качества воды замораживанием и оттаиванием по источнику научно-технической информации (2), предлагаемое техническое решение выполнено следующим образом и содержит: установленное на открытом воздухе в зимних условиях устройство (корпус), выполненное в виде поддона с замкнутой полостью, для установки на нем на ложементах горловинами вниз опрокинутых кверху дном заполненных насыщенной кислородом артезианской водой и закрытых пробками бутылок для замораживания в них воды, при этом горловины бутылок установлены в замкнутой полости, изолированной от окружающего поддон холодного воздуха, с возможностью подогрева и поддержания температуры в этой полости +4°С при помощи электрических ламп накаливания, выполненных из стекла синего цвета, а также установленными в полости поддона светодиодами нового поколения, излучающими свет, аналогичный спектру солнечного излучения.

В качестве аналога (прототипа) предлагаемому устройству можно принять устройство, обеспечивающее способ улучшения качества питьевой воды замораживанием и оттаиванием по источнику научно-технической информации (2).

На представленной фигуре изображены вид в разрезе и вид в плане предлагаемого устройства для замораживания в бутылках насыщенной кислородом артезианской воды в зимних условиях на открытом воздухе, с установленными на нем горловинами вниз и опрокинутых кверху дном бутылок с водой, закрытых пробками.

Предлагаемое устройство состоит из следующих деталей и компонентов.

Корпус предлагаемого устройства выполнен в виде поддона с тепло-изолированной полостью, содержащего основание 1, боковые стенки 2, верхнюю опорную плиту (полку) 3, выполненную из прозрачного прочного пластика.

На верхнюю опорную плиту 3 укреплены ложементы 4, выполненные также из прозрачного пластика, на ложементы 4 установлены горловинами вниз и закрытые пробками бутылки 5 с водой, в опрокинутом кверху дном положении. При этом, горловины бутылок установлены в теплоизолированную от окружающего холодного воздуха полость поддона с возможностью подогрева и поддержания температуры в этой полости +4°C при помощи нескольких ламп накаливания 6, выполненных из синего стекла и, установленных на боковых стенках поддона 2.

В замкнутой полости поддона по всему периметру на боковых стенках 2 установлены также светодиоды 7 нового поколения, излучающие свет, аналогичный спектру солнечного излучения, освещающие горловины бутылок с незамерзающей частью воды у горловин. Электрические лампочки 6 также освещают синим светом горловины бутылок.

Электрический ток подводится через розетку 8 в электросеть устройства, укрепленную в замкнутой полости поддона устройства.

Замораживание воды в бутылках на предлагаемом устройстве в зимних условиях на открытом воздухе проводят при температуре воздуха не выше -10°C, при этом устройство(а) (поддоны) могут быть защищены навесом в проветриваемом неотапливаемом помещении.

В летнее время замораживание воды в бутылках производят в больших промышленных морозильных камерах (помещениях).

Предлагаемая установка работает следующим образом.

Из артезианской скважины, пробуренной на глубине не менее 100 м за чертой промышленных зон города, например, в лесистой экологически чистой местности далеко от города, к установке для насыщения воды кислородом подвозят артезианскую воду и после ее насыщения сразу же разливают в бутылки и устанавливают их на ложементы 4 устройства для замораживания.

По мере замерзания (замораживания) воды в бутылках растворенные в воде соли выдавливаются кристаллами льда замерзающей воды и скапливаются внизу у горловины бутылок. А так как горловины бутылок расположены во внутренней полости поддона и там поддерживается положительная температура не ниже +4°C, то здесь же скапливается осадок солей (так называемый рассол).

После замерзания (замораживания) воды в верхней части бутылок, находящихся на морозе, специальный персонал операторов поднимает каждую бутылку с ложемента поддона, отворачивая пробку, сливает небольшое количество (до 15-20% от общей массы) незамерзшей у горловины бутылки воды (рассола), поскольку вода у горловины бутылок не промерзает благодаря конструкции поддона.

Затем бутылки устанавливают в морозильную камеру на время хранения перед отправкой потребителям, которые, в свою очередь, употребляют воду в талом виде при температуре преимущественно +10°C, когда талая вода обладает максимальной биологической активностью.

Предлагаемое устройство для замораживания в бутылках насыщенной кислородом артезианской воды в зимних условиях на открытом воздухе в отличие от известного аналога является более технически совершенным и имеет отличительные от аналога признаки по техническому уровню, а именно:

- артезианскую воду непосредственно перед замораживанием насыщают кислородом (озоном);

- бутылки, наполненные водой, устанавливают горловинами вниз и опрокинутыми кверху дном, что обеспечивает скопление осадков солей (рассола) у горловины бутылок, где поддерживается температура +4°C и осадок солей возможно сливать по мере замерзания воды в верхней части бутылки;

- благодаря своей конструкции предлагаемое устройство позволяет заметно повысить производительность труда при очистке воды от рассола;

- биологическая активность воды существенно выше, чем у воды, замороженной на устройстве-аналоге;

- предлагаемое устройство позволяет более эффективно очищать насыщенную кислородом артезианскую воду с отделением рассола непосредственно в процессе замораживания воды.

Заявителями данного технического устройства проведены исследования по очистке водопроводной воды и подземной (артезианской) воды на кафедре неорганической химии Омского государственного университета под руководством кандидата технических наук, профессора Мухина В.А.

Ниже приводятся результаты исследований.

Таблица 1
Результаты очистки водопроводной воды методом вымораживания.
Категория воды	Ж0, мг-экв/л		Ca 2+, мг/л		Mg2+ , мг/л		pH	к·103, См/м
Исходная вода	2,6±0,3		40±5		7,3±0		7,2	4÷5
Талая вода	1,0±0		12±5		5±0		8,3
% очистки	62		70		32			2÷3
Кратность очистки	3,0		3,3		2,0
Рассол	5,0±0		64±5		22±0
% концентрации	48		38		67		7,6	20
Кратность концент.	1,9		1,6		3,0
Таблица 2
Результаты очистки подземной (артезианской) воды методом вымораживания.
Категория воды	Ж0, мг-экв/л	Ca2+, мг/л		Mg2+, мг/л		Cl -, г/л		pH	к·103, См/м
Исходная вода	33,0±0,3	116±5		331±0		2,2±0,2		8,3	90
Талая вода	11±0	44±5		112±0		0,78±0,05		7,3
% очистки	67	62		66,2		65			35
Кратность очистки	3,0	2,6		2,96		2,8
Рассол	106±2	429±5		1029±0		7,8±0
% концентрации.	68,9	73,0		67,8		72		7,8	110
Кратность концент.	3,21	3,70		3,11		3,5

В таблице 1 данных по очистке воды методом вымораживания приведены результаты очистки водопроводной воды г.Омска, из которых следует, что параметры воды после вымораживания и отделения рассола изменились следующим образом:

1. Общая жесткость снизилась с 2,6 мг-экв/л до 1,0 мг-экв/л, то есть в 2,6 раза, содержание ионов Ca ²⁺ и Mg²⁺ cнизилocь с 40 мг/л и 7,7 мг/л до 12 мг/л и 5 мг/л соответственно, степень очистки составила 70% и 32%, величина pH несущественно возросла, оставшись в пределах нормы (менее 8,5), а электропроводность уменьшилась примерно в 2 раза, что характеризует снижение общего солесодержания.

2. Результаты очистки методом вымораживания в тех же условиях подземной воды одного из районов Омской области (табл.2) показали аналогичные результаты с той лишь разницей, что жесткость исходной воды более чем на порядок превышала жесткость водопроводной воды и по большинству параметров степень очистки оказалась даже несколько выше. Общее солесодержание снизилось в 2,6 раза по данным электропроводности.

Замороженная в бутылках вода длительное время может храниться в холодильнике, при этом сохраняется льдоподобная структура воды. При употреблении оттаявшей воды она наиболее полезна, поскольку ее структура наиболее близка к структуре воды в организме человека, и она легко усваивается организмом человека.

Общий вывод: метод вымораживания с отделением рассола позволяет эффективно очищать подземную воду.

Источники информации.

1. «Способ и устройство для очистки воды» по описанию патента РФ 2404131, класс МПК C02F 1/22, С02F 1/18, опубликовано 20.11.2010 г.

2. «Способ улучшения качества питьевой воды замораживанием и оттаиванием», по описанию патента РФ 2186033, класс МПК С02F 1|22, С02F 5|00, С02F 103:08, опубликовано 27.07.2002 г.

Устройство для замораживания в бутылках насыщенной кислородом артезианской воды в зимних условиях на открытом воздухе, содержащее вертикально установленный сосуд для замораживания, последующего растапливания полученного льда в этом же сосуде и устройство для слива оттаявшей воды сифонированием из верхней части сосуда, отличающееся тем, что содержит установленное в зимних условиях на открытом воздухе устройство (корпус), выполненное в виде поддона с замкнутой полостью, для установки на нем на ложементах горловинами вниз опрокинутых кверху дном заполненных насыщенной кислородом артезианской водой и закрытых пробками бутылок для замораживания в них воды, при этом горловины бутылок установлены в замкнутой полости, изолированной от окружающего поддон холодного воздуха, с возможностью подогрева и поддержания температуры в этой полости +4°C при помощи электрических ламп накаливания, выполненных из стекла синего цвета, а также установленными в полости поддона светодиодами нового поколения, излучающими свет, аналогичный спектру солнечного излучения.