Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ХРАНЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Изобретение относится к способам длительного качественного хранения питьевой воды и может быть использовано для увеличения запасов питьевой воды в искусственном резервуаре.

Известен способ получения и хранения талой воды включающий замораживание воды в термоизолированной емкости до получения массы очищенного льда, слив жидкого концентрата органических и неорганических примесей, плавление массы льда при положительной температуре до получения талой воды и хранение ее при положительной температуре, причем охлаждение, кристаллизацию воды и таяние льда осуществляют снаружи рабочей емкости посредством контактирующих с ее термопроводящими стенками охладительных и нагревательных элементов, согласно изобретению на начальном этапе плавления поверхностного слоя льда талую воду сливают в канализацию в количестве 3,0-5,0 мас.%, а остальную часть талой воды хранят в термоизолированной емкости в режиме термостатирования при наибольшей плотности и температуре +4,0°C (RU 2558889).

Недостатком способа является низкая эффективность, безопасность и узкая сфера применения. Дело в том что известный способ не обеспечивает хранение воды в замороженном виде в условиях полной темноты, поэтому не обеспечивает торможение химических процессов и процессов жизнедеятельности микроорганизмов. Это исключает стабильность низкой микробной обсемененности воды и сохранность ее высокого качества при длительном хранении. Кроме этого, известный способ не обеспечивает длительное хранение воды без энергетических затрат, наоборот, требует расход энергии, необходимой для ее термостабилизации в пределах +4°C, что в условиях крайнего севера и природных хранилищ типа пещер, расположенных в горах в условиях средних широт, в которых температура в течение года может понижаться до -20°C, требует существенных энергетических затрат на хранение.

Известен способ генерирования льда, включающий прокачивание воды через теплообменник с удалением образующегося льда, отличающийся тем, что из емкости воду через подающий трубопровод подают насосом в расширительный бак и внутрь эластичного элемента, расположенного в теплообменнике и омываемого хладагентом, охлажденным до отрицательной температуры, причем давление хладагента устанавливают меньше давления воды в эластичном элементе, при заполнении расширительного бака открывают клапан с уменьшением давления в эластичном элементе, отделившиеся при деформации упругого элемента от его внутренней поверхности кристаллы льда вместе с потоком воды по отводной трубе поступают в емкость (RU 2454616).

Недостатком способа является низкая эффективность, безопасность и узкая сфера применения. Дело в том что известный способ не предназначен для хранения питьевой воды в замороженном виде в условиях полной темноты, поэтому не обеспечивает торможение химических процессов и процессов жизнедеятельности микроорганизмов при длительном хранении. Это исключает стабильность сохранения высокого качества воды при длительном хранении за счет низкой микробной обсемененности воды и отсутствии зарождения в ней аллергенов и других биологически активных веществ.

Задача изобретения - повышение эффективности, безопасности и расширение сферы применения за счет замораживания дегазированной воды и ее хранения в замороженном виде.

Техническим результатом является увеличение величины объема хранимой в емкости воды и сохранение ее высокого качества при длительном хранении.

Сущность способа хранения питьевой воды, включающего использование охлажденного до отрицательной температуры хладоагента, замораживание с его помощью воды в термоизолированной емкости до получения массы очищенного льда и талой воды, отделение их друг от друга и хранение в термоизолированной емкости при определенной температуре, заключается в том, что в условиях полной темноты и среднего вакуума талую воду дегазируют, замораживают и хранят в виде льда, а емкость используют выполненной газо-, водо-, свето- и радиационно непроницаемой.

В предложенном способе за счет дегазирования, замораживания талой воды и хранения ее в виде льда в условиях полной темноты и среднего вакуума повышается эффективность, поскольку отсутствие освещенности, лишение газированности и текучести воды обеспечивает максимальное ингибирование в ней химических процессов и жизнедеятельности микроорганизмов, что сохраняет высокое качество воды. Дело в том, что талая вода не является водой в чистом виде и не является стерильной. Талая вода - это раствор многих химических веществ, в котором живут микроорганизмы. В частности, в талой воде присутствуют водоросли, грибки, бактерии, другие микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности и гибели. В связи с этим лишение воды текучести, газов, превращение ее в лед и полное прекращение освещенности тормозит скорость химических реакций, интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов и образование гистаминоподобных веществ, что обеспечивает сохранность высокого качества воды, сохранность ее высокой микробиологической, инфекционной и аллергенной безопасности для людей при длительном хранении.

За счет замораживания дегазированной талой воды в среднем вакууме повышается эффективность способа. Дело в том что средний вакуум (отрицательное давление в диапазоне от 1 до 10^-3 мм рт.ст.) лишает воду газов (Ермолаев Е.А. Получение водного льда методом послойного намораживания в условиях вакуумирования. Автореф. дисс. канд. техн. наук. - Москва, 2009. - 16 с.).

Отсутствие в воде газов обеспечивает уменьшение объема образующегося из воды льда. В частности, проведенные нами исследования показывают, что при замораживании 150 мл газированной талой воды в окружении атмосферного воздуха при атмосферном давлении 760 мм рт.ст. образуется лед, имеющий объем 161 см³, а при замораживании полностью дегазированной талой воды в среднем вакууме (при давлении 10^-3 мм рт.ст.) образуется лед, имеющий объем 154 см³. С другой стороны, замораживание 150 мл газированной воды (при избыточном давлении углекислого газа 0,2 атм при +8°C) в окружении атмосферного воздуха при атмосферном давлении 760 мм рт.ст. образуется лед, имеющий объем 200 см³.

За счет использования емкости выполненной газо-, водо-, свето- и радиационно-непроницаемой повышается эффективность и безопасность способа. Дело в том что исключение таких внешних факторов, как свет, высокая температура, газовая атмосфера и радиация позволяют обеспечить длительное хранение льда в условиях, исключающих его таяние, микробное и радиоактивное загрязнение и разрушение газами и водой. Кроме того, использование данной емкости позволяет использовать для длительного хранения замороженной воды естественные природные хранилища, например пещеры или воды океана, что не требует дополнительных экономических затрат. Это расширяет сферу применения способа.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно в условиях полной темноты получают талую воду, дегазируют и замораживают ее. Замораживают воду в условиях полной темноты в условиях среднего вакуума при отрицательном давлении в диапазоне от 1 до 10^-3 мм рт.ст. до получения льда. Лед помещают на хранение в термоизолированную емкость, выполненную газо-, водо-, свето- и радиационно непроницаемой.

Пример. Для длительного хранения питьевой воды в объеме 50 м³ был использован известный способ. Для этого днем в условиях естественной освещенности приготовленную воду с помощью хладоагента, охлажденного до отрицательной температуры, заморозили в термоизолированной емкости в условиях искусственного освещения до получения массы очищенного льда. Затем путем повышения температуры хладагента добились таяния льда, отделили лед от талой воды и получили талую воду объемом 48 мл, которую влили в бесцветную прозрачную стеклянную емкость и поместили на хранение в ней при температуре +4°C в специальное хранилище при эпизодическом и неконтролируемом искусственном освещении рассеянным светом. В процессе хранения по вине ЖКХ и АХЧ многократно прекращалось снабжение хранилища электроэнергией, что периодически сопровождалось повышением температуры в хранилище до +20°C на срок до 2-х дней. Через 6 месяцев хранения воды провели исследование ее качества. При этом было установлено, что микробная обсемененность воды, наличие в ней веществ с гистаминоподобным действием и значение показателя колититра воды превысили предельно допустимые значения в 1,1-1,3 раза. На основании результатов оценки качества воды данная вода была признана не пригодной для питья, поскольку ее употребление могло вызвать угрозу здоровью и жизни человека. В связи с этим воду вылили в канализацию, емкость промыли.

Поскольку данный способ не обеспечил сохранность качества воды при длительном хранении нами было принято решение применить разработанный способ. Для этого предварительно приготовили 50 м³ талой воды. Перед замораживанием всю талую воду дегазировали с помощью среднего вакуума. В качестве вакуумного насоса использовали двухроторную машину отечественного производства производительностью 150 л/с. Измерение остаточного давления в герметичной емкости выполнялись высокоточным электронным вакуумметром комбинированного типа Mini-Convectron с жидкокристаллическим дисплеем с демонстрацией текущего давления в диапазоне 10^-4-10³ мм рт.ст.

Дегазирование талой воды производили в полной темноте при отрицательном давлении 10^-3 мм рт.ст. в течение 2-х часов. Затем в условиях полной темноты и среднего вакуума при отрицательном давлении 10^-3 мм рт.ст. в течение 20 часов произвели замораживание дегазированной талой воды. При этом получили лед, который имел объем 51,3 м³. Поместили лед в емкость, выполненную термоизолированной, а также газо-, водо-, свето- и радиационно- непроницаемой. Эту емкость со льдом при отрицательном давлении 10^-3 мм рт.ст. поместили на длительное хранение в яму со снегом и хранили на снегу в условиях среднего вакуума 6 месяцев в полной темноте.

Через 6 месяцев хранения льда в емкости емкость открыли, лед растопили и тут же провели исследование качества полученной из него воды. При этом было установлено, что микробная обсемененность воды, наличие в ней веществ с гистаминоподобным действием и значение показателя колититра воды находились в пределах допустимых значений. На основании результатов оценки качества воды данная вода была признана пригодной для питья.

Таким образом, разработанный способ позволяет увеличить объем заготовки питьевой воды и сохранить высокое ее качество при длительном хранении.